淺談接地技術和防雷技術在水泥廠電氣自動化系統的應用

王 瑤 余唯揚 馬 婷

（中國葛洲壩集團水泥有限公司， 湖北 武漢 430070）

1 電氣自動化系統在水泥廠應用的重要性

一般水泥廠的常用設備分為四項：1）燒成車間的煤預均化設備、轉子稱、煤磨機、回轉窯、冷卻機、預熱器等；2）水泥車間的包裝機、水泥調配、輥壓機、水泥磨等；3）生料車間石灰石預均化用的堆取料機、生料磨機和：石灰石破碎機（錘破、顎破等）；4）各種計量皮帶、皮帶機、風機以及循環水系統。

按照水泥的生產過程，其作業過程可概括為“二磨一燒”的三個階段，第一階段：制備生料，使用石灰質和粘土質的原料，并將較少的校正原料破碎，再按照一定的比例將這些材料調配在一起磨細，生產出來的生料要求成分符合標準，質量分布均勻。第二階段為熟料煅燒階段，即將先前制備好的生料投入到水泥窯內進行煅燒，煅燒至部分生料熔融，成為以硅酸鈣為主要成分的硅酸鹽水泥熟料。最后一個階段為水泥粉磨及出廠，將適量的石膏、混合材料或者一些外加劑與第二階段煅燒完成的熟料混合在一起，經過細磨加工后成為水泥，再經散裝后出廠銷售。水泥廠的發展目標為獲得規模效益，這些繁雜的流程必須形成一定的生產線，使用機械化生產，應用電氣自動化系統形成規模效益，不斷降低可變成本。水泥廠科學合理地引進電氣自動化系統，不僅能夠提高本企業的生產效率，更能降低人工失誤，以提高生產的安全性以及水泥的生產質量。

2 電氣自動化系統的接地技術在水泥廠中的應用

為保障水泥廠的電氣自動化系統的正常運行，接地技術必不可少，專業的系統安裝、維護人員以及生產車間的工作人員都應對基本的接地技術嘗試有所了解。

如下表所示（表1），是水泥廠通過使用DCS過程來控制全廠自動化系統的接地技術時需要了解的相應的接地技術的分類，以及為何要采用該技術對某對象進行接地。系統接地要遵循的原則為單點接地，有直接電氣連接關系的系統一般都會設置一處電氣相連的集中匯聚點，該匯聚點設備必須要有接地措施。防雷電、防浪涌、防干擾最基礎的技術手段就是單點接地，其作用在于能夠切斷所有閉合回路，有效阻斷電網等電位以及雷電地電位通過弱電路徑入侵系統的威脅，這項最基礎的技術也是最有效的技術手段。系統接地電阻的組織要求主要有三點：第1獨立的直流工作接地、交流工作接地和安全報讀接地的接地電阻小于等于四歐姆，第2 以聯合接地系統、DCS系統和儀表系統為代表的公用接地體的接地電阻小于一歐姆，第3 獨立的防靜電的接地電阻要小于等于一百歐姆，防雷保護接地電阻要小于等于十歐姆。

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3 電氣自動化系統的防雷技術在水泥廠的應用

3.1 雷電流的影響

雷電流是指直接雷擊時，通過被雷擊的物體泄入大地的電流。雷電是危害人類最嚴重的自然氣象災害之一，如果缺乏防備，對人的生命、財產安全會造成重大傷害。任何工廠、住宅樓為保證安全，必須采取必要的防雷措施。電氣自動化系統通常都是由各種電子器件構成，而這些電子器件過電流和電壓的能力較弱，抗電磁脈沖的能力也很弱，應用在水泥廠的系統同樣存在這樣的問題，如果沒有必要防雷設備和防雷措施，電氣自動化系統遭受雷擊的情況下，雷電流瞬間經過導線進入到電子器件，由于電流過大導致器件無法承受，損壞后會直接影響水泥廠的正常生產。

3.2 感應雷、直擊雷的防護技術應用

直擊雷也可被稱為雷云，指的是帶電云層與建筑物、大地以及防雷裝置之間發生的瞬間劇烈放電的現象，由此產生電效應、熱效應以及一些機械力等的破壞作用。感應雷分為靜電感應雷和電磁感應雷，前者是指帶電積云接近地面時，會在附近的金屬導體上感應出大量的反極性束縛電荷。按照行業規定，所有水泥廠企業凡是高于20米的建筑必須安裝防雷裝置，其電氣室內必須配備測量儀表和控制設備，技術人員要對雷電進行實時監控并做出匯報，發生異常時及時處理。為減少著雷電池損壞等意外事故發生的頻率，水泥廠要做出相應的措施。首先，水泥廠要使用光纖電纜進行通訊；其次，專業工作人員在設計相關設備和儀表電纜時，要注意將電源線遠離避雷裝置，通過引入地下線的方式保證接地體和總接地端的連接，盡最大可能減少控制設備對電位的影響。

3.3 配電回路的防雷措施

水泥廠的供配電系統由三級電壓構成：110kV(35kV)、10kV(6kV) 和0.4kV(0.23kV)。在水泥廠的日常運行中，通過電源進線入侵自動化系統是雷電入侵配電回路最常見的形式。其中110kV(35kV)的供電線路是架空線路，最容易遭受雷擊，另外的兩級電壓相比前者遭受直擊雷的概率較低，因為這兩集電壓使用的是線路為電纜線路。直擊雷擊中供電線路后會損壞自動化系統中的計算機系統和儀表設備，這是因為直擊雷產生的雷電流沿著供配電的導線經過低壓線路后到達變壓器，再經過電源線路到達自動化設備，形成的閉合回路超出設備的承受訥能力導致設備和系統癱瘓。

因此，水泥廠的110kV(35kV)供配電系統需要特別注意做好防雷措施。針對這種架空線路的自動化系統，按照行業標準和國家規定，必須采用三級防雷保護措施。一級措施要求要安裝容量足夠大的防雷裝置，尤其是在水泥廠供配電室自動化設備的高壓端；二級措施要求安裝閥型防雷器，主要在低壓配電裝置的進線口位置；三級措施是要求安裝防浪涌裝置，要在配電箱出口回路的地方進行安裝。防雷措施最根本的就是要防止雷電流沿著自動化系統的導線進入到系統中，雷電流一旦進入到系統中會產生自動化設備無法承受過大電壓和過大電流的想想，導致系統不能穩定運行。因此，多級防護措施是防范雷電的必要措施。

3.4 其他防雷技術的應用

除了以上幾種防范雷電襲擊的技術、對自動化系統的電源設置三級防護措施外，也要對水泥廠的中央控制室進行相應的設置。首先，水泥廠的中央控制室內需要安裝等電位的端子板，為提高自動化系統的防雷效果，要使用放射式的電子版連接中央控制室內的各種自動化器械和設備。其次，中央控制室的靜電地板下要鋪設裸銅帶格柵均壓網，面積為0.5平米左右，目的是使室內形成等電位連接網。

4 結語

我國的建筑業正處于蓬勃發展的階段，水泥廠屬于建筑行業的基礎產業鏈，水泥廠的正常運作為建筑行業的發展起到基本的供貨作用。因此水泥廠電氣自動化系統的發展至關重要，相關工作人員要掌握基本的系統防雷技術，對接地技術和防雷技術要有所了解，保障水泥廠企業的自動化系統的設備和車間能夠避免遭受雷電災害，以減少企業的經濟損失。