水利工程电气自动化系统防雷措施分析

    肖庆丰

    摘 要：近些年电气自动化系统得到普及应用，其中一个典型的应用领域是我国的各项水利工程，电气自动化系统担负各种水利设备的控制和监视工作，因此一旦出现问题，损失非常大。在实际运行中，雷电是破坏和干扰自动化电气装置的主要原因之一，因此应用于水利工程的电气自动化相关系统必须强化防雷能力，通过多方面防雷措施的运用，提高电气系统在雷雨天的安全系数。

    关键词：水利工程；电气自动化系统；防雷措施

    0 前言

    水利工程的控制系统、监测系统、通讯系统都是关系到水利工程正常运行和日常安全的重要系统，近些年来，这些系统已普遍完成了电气自动化，包括交换机、远程数据终端、工业计算机等设备在内的各种微电子设备均获得了广泛的应用。然而这些微电子设备也为水利工程电气系统的安全运作提出了新课题，这些设备工作电压与信息电流都极其微小，通常只有几伏或几微安，所以一旦受到雷电的强烈磁场影响，就会产生干扰或损坏。所以采取种种措施，构筑出一个完善、有效、全面的防雷系统来保护电气自动化系统的运行安全成为必然。

    1 通过接地与屏蔽达到防雷目的

    接地与屏蔽是防雷措施中较古老的方法，但因其良好的经济性和有效性，所以现在依然被广泛应用。

    （1）接地措施的具体运用

    作为最常用的防雷措施，接地的效果大小与接地电阻有很大的关系，因为接地电阻的阻值与过电压值成正比，所以在可能的情况下应尽量压制接地电阻的阻值以控制过电压值。需要注意的是，阻值小的接地电阻的价格相对较高，所以在实际配置时应平衡经济效益。具体来说，需采取接地措施的自动化控制、通信设备基本位于涵闸、中控室与泵站，这些设备在条件允许的情况下要直连防雷接地网，并要和各种水利动力装置共用。

    （2）屏蔽措施的具体运用

    防雷屏蔽是等电位法拉第笼的一种实际应用技术，通过将电气系统空间中的各个外置金属部件--比如金属地板或钢筋等--相互焊接，或直接架设专门的金属屏蔽网与屏蔽电缆，以此在电气系统的外部构成一个金属的笼状空间。这个笼体可通过等电位高压原理将高压电屏蔽于外。需注意的是，如果架设专门的金属屏蔽网，则要连接接地母线，该母线必须在机房内部环行架设。为了确保安全性，屏蔽网和母线的连接需多点均匀设置。

    2 通过过电压保护达到防雷目的

    雷电的感应效应与侵入波能破坏线路和UPS设备，尽管UPS通常自身就具备过电压保护功能，但因雷电侵袭的功率过大，UPS自身的压敏电阻不足难以完成过电压保护。为了应对这种情况，还要设置四级保护，依次设置三极气体放电管、限流模块、压敏电阻、TVS管，形成多层次的立体防雷系统，通过层层削弱，使UPS能发挥自身的过电压保护功能。

    3 通过瞬态电压抑制器达到防雷目的

    瞬态电压抑制器又称TVS管，可通过二极管原理实现高效的雷电防护。当雷击袭击电气自动化系统时，反向的瞬态高能量会第一时间冲击二极管两极，在极短的时间内，二极管过高的阻抗会急剧降低，以千瓦为单位的浪涌功率会被TVS管瞬间吸收，强制以预定值箝位二极管的两极电压，这样电气系统中的各种元件就不会被浪涌脉冲破坏。这种防雷措施有多方面的优点，如极短的响应时间、高上限的瞬态功率、超低的漏电电流、易于控制的箝位电压、偏差很小的击穿电压、较小的体积、几乎无限大的损坏极限等。

    4 通过三合一防雷器达到防雷目的

    三合一防雷器是一种具有多重功用的综合性防雷设备，能同时防护电源、视频线路、控制线路三类设备，有"三合一"之称，因其组合性和多功能性，所以还有组合防雷器或多功能防雷箱的别称。此外，三合一防雷器使用了多级串联结构，能够实现多级保护。在功用上，三合一防雷器主要被用于保护各种监控设备，包括室内设备与室外设备，防雷原理是对电磁脉冲的运用。

    5 通过综合性措施达到防雷目的

    雷电可从多重角度引发电气系统损坏，在构建防雷系统时不能只使用单一的措施，要根据具体的防雷需求，综合运用多种措施，构建出立体化、多重化、整体化的雷电防护网。在实际工程中，可以以接地与屏蔽措施为基础，在个别设备上加以辅助其他措施。例如，如果是配电变压器，则需要在高低压侧都加装金属氧化物制的避雷器，实现三点的联合接地；如用于通讯与控制的线路、调制解调器等设备，要加装过电压保护器；如远程数据终端之类的设备所处位置与显示屏有一定的距离，则中间用于连接的信号线也要加装过电压保护器。事实证明，这种综合性立体防雷系统的效果非常显著。

    6 结语

    对水利工程来说，电气自动化系统有一定的独立性，但防雷措施不能因此独立出来，必须用于整个电气系统。通过考察和分析整个系统，结合实际的运行状况，寻找、罗列出其中的防雷弱点，拟定针对性的技术措施，复合、统筹多重防雷措施，形成相对完整的网状防雷系统，增强电气自动化系统防雷功能的全面性，保证水利工程控制和监控系统的安全运行。

    参考文献：

    [1]中华人民共和国建设部.GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2004.

    [2]卢宜.水厂自动化系统的防雷措施分析[J].中国新技术新产品，2010（6）.

    [3]张文军.电力自动化系统防雷措施的研究[J].硅谷，2012（7）.