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摘要：作为水泥厂各生产工序运行的重要保障，电气自动化系统的综合性能是决定水泥厂生产目标实现的关键性因素。尽管近年来水泥厂电气系统建设中，逐渐将较多先进技术引入，但系统运行中仍可能出现较多异常情况，尤其在雷电流影响下，易导致电气自动化系统无法可靠运行。这就要求做好接地系统和防雷系统的设计和施工工作。本文分析接地系统与防雷技术在水泥厂电气系统中的应用，具有十分重要的意义。
关键词：水泥厂；电气自动化系统；接地；防雷技术
一、水泥厂电气自动化系统的接地系统
1、接地装置的构成
通常情况下，水泥厂的接地装置由接地导体（接地线）和接地极组成。接地导体是水泥厂电气自动化系统设备的接地端子和接地极之间的金属导体；接地极是一种金属导体及导电模块，它被直接埋入地中和土地紧密接触。水泥厂电气自动化系统的接地系统需要构建自动化系统、安全系统、低压配电系统。供配电安全系统以及建筑防雷系统等的接地和防雷系统，使整个水泥厂的人工接地体和自然接地体组成一个联合接地系统。
2、水泥厂内需要接地的系统
在水泥厂内，10kv及以上供配电安全系统、低压供配电系统的工作及安全系统、自动化系统等的防雷及接地系统都需要设置接地系统。可以采用将全厂的自然接地体和人工接地体构成一个联合接地系统。一般在电气室、变电站及中央控制楼周围设置人工接地体，人工接地体装置沿建筑物构成环网，用接地线将各个人工接地环网多点连接成联合接地系统。
值得注意的是：在这个联合接地系统中，即使人工接地体之间的某一条接地线断开，也不会影响联合接地系统的运行。但当不同用途接地系统共用一个总的接地装置时，接地电阻应满足一般干法水泥厂工频电阻小于1欧姆的要求，同时也不能大于4欧姆。
由于上述各类系统都是通过等电位接地端子板与接地网连接的，为了保障水泥厂电气自动化系统的正常运行，要尽量消除接地板上的电位偏移。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆这就要求自动化专业设计人员在进行强电时，采用TN-S配电系统，将PE线与N线分开，防止N线的不平衡电流流向总接地端子，将N母排的低压配电柜和变压器中性点连接，消除接地端子的电位偏移，提高电气自动化系统的安全稳定性。
二、常见水泥厂设计系统接地的主要形式
方式一：采用设置全厂共用一个接地网方式。在各类子系统中（如在电气室、变电站、中央控制楼等周围）设置人工接地体环网，将各类防雷接地系统的接地引线与共用接地网相连，全厂的防雷接地、保护接地、电气接地、工作接地等环网相连，共用一个等电位体接地网。适用于生产线布置较为紧凑且投资控制要求较高。
方式二：采用设置全厂共用二个接地网方式。一是，在各类子系统中（如在电气室、变电站、中央控制楼等周围）设置人工接地体安保环网，在全厂设统一的安保接地网系统，将各类防雷接地系统、保护接地、工频电气接地等共用一个等电位体接地网。二是，将DCS、PLC系统、全厂仪表等弱电接地系统共用一个等电位体接地网。特点是接地要求高、电缆及材料耗量大、接地系统投资较高。
三、接地材料的选择
目前从采用的接地材料来看，接地装置大致分为三种。①有碳钢接地装置。接地装置采用圆钢、扁钢、角钢、钢管等碳素钢材或热镀锌件材料。优点为取材方便，价格便宜，钢材刚性大，焊接技术成熟，施工方便，镀锌后耐腐蚀能力略有提高；缺点为铁较活泼，在常温常湿环境能与多种非金属、盐类发生化学反应，会锈蚀和腐蚀，在沿海、盐碱酸性环境更甚。②有色金属材料接地装置。接地装置采用铜、铅、铝、锌等有色金属材料。优点为耐腐蚀能力远高于碳钢。缺点为价格昂贵，刚性不够，施工困难，加大截面后成本更高。③复合材料接地装置。接地装置采用碳钢为基体，采用高温高压等特殊手段，复合上一层有一定厚度的有色金属。特点为复合材料的碳钢基体有足够刚性，施工不难，防腐效果同有色金属，可节约有色金属材料，接地、自我保护功能好，较为经济。
四、防雷技术在水泥电气自动化系统中的应用
1、直击雷与感应雷的防治技术
由于自动化系统一般多由弱电元器件组成，这些器件在运行中不具备较强的抗过电压、抗过电流以及抗电磁脉冲等能力，若有雷击问题出现在自动化系统中，电子器件很可能受到严重损坏，导致整个系统难以正常运行。这就要求在防雷击中，采取相应的措施。需注意的是尽管近年来针对直击雷、感应雷等带来的影响，水泥厂逐渐将接闪器、引下线构成的防雷设备装设在建筑物中，且中控室、电气室都布设有相应的控制仪表与设备，能够起到一定的防雷保护效果。但需注意由于这些控制仪表或设备应用下，如感应雷或雷电波等问题的存在，仍无法取得较好的防护效果。其中雷电波为例，其一般会通过电源线、仪表电源或信号线进入到控制设备中，会直接损坏仪表或控制设备。因此，实际设计过程中，应考虑使仪表设备的电源线和信号线远离避雷引下线，且注意避雷引下线与接地体连接位置、接地端子与接地体连接位置，这两个位置在间距上应超出2米，其目的在于使弱电设备接地电位受接地网电位变化的影响得以控制。另外，也要求在通讯电缆上尽量选择光纤材料，或直接将SPD浪涌保护装置设置于电源进线回路内，有利于防雷目标的实现。
2、防雷电措施在配电回路中的应用
电气自动化系统运行中，电源进线一般为雷电侵入的媒介，所以电源进线的控制极为重要。以110kV供电线路为例，其作为架空线路，雷击发生的可能性极高，且供配电线路会直接将雷电流引入到变压器中，通过电源线进入设备，此时控制仪表与计算机系统都将被破坏。这就要求实际设计过程中，引入三级防护措施。其中第一级防护上，主要强调将通容量较大防雷装置设置在系统高压端处，而在第二级防护方面，可将阀型防雷器设置于进线位置处。对于第三级防护，需使防浪涌装置设置在配电箱出口回路上。通常水泥厂还设置多级防护，这些措施应用下，过电流、过电压等都可被限制，且电力线路将雷电流引入到电气系统中的问题也可得到最大程度的解决。此外，实际设计过程中，也需考虑到水泥厂中的外界信号系统部分，其网络线很可能将雷电流引入，所以在防雷过程中，要求将光缆线路引入到该系统中，尽可能使雷电流侵害带来的危害控制到最低程度。因此，当前自动化系统运行中，对于配电回路部分，应考虑对不同装置采取相应等级的防护措施，以此使防雷效果得到提高。
3、其他防雷措施的应用
电气自动化系统运行中，在对直击雷、感应雷等采取相应防护措施以及多级防护措施设置于电源系统外，也可采取其他相应的防雷措施。以中央控制室部分为例，可考虑将均压端子板铺设于静电地板下，这样可使等电位连接网络得以构建。或在设计过程中，将等电位端子板加装于中央控制室中，且使电气自动化设备与放射式端子板进行连接，这样在系统防雷效果上将得到极大程度的改善。综合来看，防雷措施应用下能够为系统运行提供保障，但需注意无论选取哪种防雷措施，都要求结合水泥厂电气系统实际情况，切忌出现盲目将相关的防雷技术或设备引入其中，其不仅难以起到防雷作用，且可能加重自动化系统运行的负担。
结束语
目前，国内的综合自动化领域的研究已达到国际先进水平，智能自动化保护技术领域的研究相对处于国际领先水平，研制的分层式综合自动化装置能够适用于各种电压等级电站。将国内外最新的人工智能、网络通信、微机新技术、自适应理论、综合自动控制理论等应用于电气自动化保护装置中，对电力系统自动化保护的新原理进行了研究，可以大大提高电力系统的安全水平，使得新型保护装置具有智能控制的特点。
参考文献
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[2]王鹏祥，苗雷，汤涛林，陈军，刘世晶.《电气自动化系统的防雷保护技术》[J].渔业现代化，2011.5
[3]王强.《电气自动化系统的防雷和接地》[J].电力系统通信，2012.3
论文作者:胡朝海1,李柳媛2
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/15
标签：防雷论文; 系统论文; 水泥厂论文; 电气论文; 自动化系统论文; 装置论文; 电位论文; 《建筑学研究前沿》2018年第20期论文;