摘要：电气自动化系统的应用可有效提升水利工程的管理水平,并能够提供更为准确水利工程相关数据与信息,但由于我国很多水利工程位于山区、树林等雷达高发地区,电气自动化系统很容易因此受到雷击的威胁,而为了尽可能降低这一威胁、推动我国水利工程领域发展,正是本文围绕水利工程电气自动化系统防雷措施开展具体研究的原因所在。
关键词：水利工程；电气自动化；防雷技术
1雷击类型
1.1直击雷
这种雷击类型破坏力较强，若直接作用于人、畜的身体，将会使其直接死亡。直击雷形成于云层、地面突出物体之间的放电行为，若是直击雷接触到自动化设备，电流会随着金属物流入地下，进而产生较大的对地电压，发挥出巨大的破坏作用。
1.2感应雷
雷云对地放电时，在雷击点主放电的过程中，位于雷击点附近的导线上，将产生感应过电压，过电压幅值一般可达几十万伏至几百万伏，它能使电力设备绝缘发生闪络或击穿，造成电力系统停电事故，电力设备的绝缘损坏，使高电压窜入低压系统，威胁低压用电设备和人员的安全，还可能发生火灾和爆炸事故。
1.3球状雷
只要是雷雨天气就都有可能会形成雷击现象,而球形雷大都形成在雷暴天气当中,并且还会发出非常刺眼的红光或者是白光,形态就像个火球,如果水利工程有烟囱、、门窗通道或者是细缝等情况时,球形雷就会借助这些媒介进入到水利工程的操作中心,进而破坏水利工程自动化设备,所以相比直击雷球形雷要比直击雷更加危险破坏力更大。
1.4雷电侵入波
雷电产生的电流除了流入地下,还会进入输电线路、金属管道,借由金属的电流传导作用到达自动化设备中,使电气设备自身的绝缘消失或严重削弱,高压与低压之间流通,发生触电事故。
2水利工程电气自动化系统防雷措施
2.1应用TVS管
TVS管也被称作瞬态电压抑制器,其本质上属于一种二极管形式的高效能保护器件,在两级受到反向瞬态高能量冲击时吸收高达数千瓦的浪涌功率属于其主要原理,这就使得TVS管可较好保护电子线路中的精密元器件,而由于TVS管具备漏电流低、响应时间快、击穿电压偏差小、瞬态功率大、箝位电压较易控制、体积小、无损坏极限等特点,这就使得其能够较好满足水利工程电气自动化系统防雷需要,在信号及电源线上、信号线及接地间设置TVS管属于较为典型的应用方式,而这不仅能够实现电气自动化系统的防雷,相关噪音带来的影响、引发的失灵问题也能够由此得以较好避免。
2.2UPS过电压保护
UPS过电压保护措施是水利工程电气自动化系统防雷措施当中一个较为常见的防护措施。通过笔者对UPS过电压保护措施的研究来看,只装有压敏电管的UPS在某种情况下是不能满足水利工程电气自动化系统对于防雷的要求的,所以笔者指出在电气自动化系统防雷措施保护当中可以使用四级保护模式,也就是使用由三级气体放电管、压敏电阻、限流模块和TVS管所组成的四级保护措施。通过利用四级保护措施来保护电气自动化设备不受雷电的攻击和提高水厂水电工程电气自动化系统设备的安全稳定的运行。
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2.3针对信号系统及天线反馈部分
自动化系统一般使用特制的屏蔽线作为信号线,选择穿管方式进行铺设,虽然雷电在通过管道时仅有1~2kV的感应电压,尚在安全范围之内。但是若是雷电直接侵入计算机通讯端口或PLC,便会超过5~48V的安全电压标准,给自动化系统带来严重的损坏。对此,应该结合计算机进行通讯和数据交换时的实时频率来决定选择怎样的避雷器。专用信号避雷器是比较合适的选择,通信电缆因感应雷而出现瞬态过电压后,三级浪涌保护器可以通过支路将电流泄放到地下,其本身所输出的电流依然在设备可以承受的电压范围内。天馈部分应选择天馈线路的专用三级浪涌保护器。若是天线引入了雷电波,便可以借助天馈线路专用的三级浪涌保护器进行波道分流,分离有用的信号与雷电流,快速将雷电流经支路传入地下。
2.4做好接地和屏蔽
良好的接地和屏蔽同样属于较为常见的水利工程电气自动化系统防雷措施,以其中的接地为例,一般情况下接地电阻值越小则过电压值越低,因此可在经济合理情况下尽可能降低接地电阻。对于水利工程电气自动化系统的接地来说,可与动力装置共享接地网并尽可能与防雷接地网直接连接,围绕机房敷设环形接地母线并在中控室敷设均压带也能够有效提升接地的防雷能力。水利工程的调度室或中控室内往往存在需要另设接地网的特殊设备,这类特殊设备可通过放电器或击穿保险器连接工程地网与其接地网,正常时隔离、雷击时均衡电位目标可由此实现,同时还需要遵循业界规程严格开展水利工程电气自动化系统防雷的接地处理。
屏蔽可有效降低水利工程电气自动化系统受到的雷电电磁干扰,调度室或中控室的金属地板、建筑钢筋便需要相互焊接形成等电位法拉第笼。部分水利工程电气自动化系统设备对屏蔽存在较高要求,这种情况下需要在中控室敷设金属屏蔽网,机房内环行接地母线则需要与金属屏蔽网实现多点连接。对于电气自动化系统相关的架空电力线来说,其由站内终端杆引下后应更换为屏蔽电缆,室外通信电缆则需要采用屏蔽层两端接地的屏蔽电缆。值得注意的是,电缆在进入室内前需要在0.6m以上埋地深度下水平埋地10m以上,非屏蔽电缆同样应水平埋地10m以上且需要穿镀锌铁管。
2.5三合一防雷器应用
对于水利工程电气自动化系统的防雷来说，三合一防雷器的应用同样能够较好满足这一防雷需求，而这里提到的三合一防雷器本身也可以称之为监控多功能防雷箱。对于这一三合一防雷器来说，其本身能够较好服务于室内外监控设备的雷击电磁脉冲保护，不过这一保护的实现需要做好三合一防雷器的接地，这点需要引起我们重视。
2.6针对感应雷与直击雷设计防雷措施
利用水利工程屋顶的避雷带、网和四周建筑体内的柱钢筋作为引下线，以及梁钢筋相互焊接，实现建筑物内部的水管、金属管道等金属构件的良好的电气连接，使水利工程建筑形成了一个防电网。一方面疏导雷电流，另一方面使整座建筑物形成统一的等电位系统，保持均压作用。利用地下建筑物基础接地体，由于接地体面积大，大大降低了接地电阻。利用柱筋作为引下线，由于引下线多，分流效果好，可大大减少了各引下线的电流值。在现实中出现过多起水泥厂设计仪表以及DCS接地遭到雷击的事件，要避免设计仪表和DCS接地被雷电直接击中，要做到一下几点：通信电缆要最大程度的使用光纤材料，同时，设置浪涌吸收系统来对那些仪表的信号线和特殊材质的通讯线路进行保护；在设计施工阶段，对两者相关的电源线路以及信号线和避雷引下线保持一个安全的距离。总接地端和接地体的子连接点，雷引下线与接地体的连接点，之间距离要大于2米。通过以上两点可以实现DCS接地系统和设计仪表再泄放电流时的降低，避免电位差造成的反击。
结论
水利工程电气自动化系统防雷是一项复杂的工程，涉及很多知识，而且防雷系统的完善必须要每一个环节都仔细研究，避免差错导致防雷系统无法达到理想效果，避免水利单位的经济损失。因此，要深入进行自动化系统防雷装置研究，提出最优化的防雷系统设计方案，为施工前线人员提供强有力理论支持。
参考文献
[1]杨勇.水库输水工程电气自动化系统防雷措施分析[J].内蒙古水利,2016,(03):31-32.
[2]肖庆丰.水利工程电气自动化系统防雷措施分析[J].科技经济市场,2017,(04):99.
论文作者:刘晓云
论文发表刊物:《电力设备》2018年第29期
论文发表时间:2019/3/26
标签：水利工程论文; 防雷论文; 自动化系统论文; 电气论文; 过电压论文; 雷电论文; 屏蔽论文; 《电力设备》2018年第29期论文;