沿海涵閘自動化系統防雷技術與措施探討

張 軍，姚日軍，李愛華，王曉穩

(江蘇大豐水利局，江蘇 大豐 224100)

隨著計算機及自動化技術的不斷發展，自動化系統已經被各個領域所采用。涵閘作為對水利領域有著重要意義的水工建筑物，自然也已經采用自動化控制系統。但涵閘的建筑地點大都是很開闊的地方，周圍沒有建筑物對其進行遮掩，而自動化控制系統大多是由電子設備組成，對過電流、耐過電壓及雷電襲擊等方面的抗擊性較差，很容易引來雷擊，致使自動化系統的正常運行被中斷。而舊的防雷技術已經不能實現對涵閘自動化系統的保護作用，這需要對涵閘自動化系統建立新的防雷措施。

1 雷擊對涵閘自動化系統造成危害的路徑及影響

1.1 造成危害的路徑

雷電襲擊作為對涵閘自動化系統破壞最大的因素之一，有多種路徑對涵閘自動化系統造成破壞。一是雷電直接擊中自動化系統的外部設備，比如攝像頭、傳感器等，對其造成直接的破壞;二是雷擊產生后，雷擊電流會被引下線引入地下，這會使引下線周圍產生電磁感應，造成電壓瞬間增強，致使附近的金屬管線被損耗;三是雷電直接襲擊產生的電流被接閃器接入地下，致使地網地電位提升，使得接地線對引入的高電壓進行反擊。

1.2 對自動化系統造成的影響

涵閘舊的防雷設計對雷電的直接襲擊已經有了較為完善的防護措施，但是對雷擊產生的電磁脈沖的防御卻不是很完善，因此自動化系統中電子設備的損耗大多是由電磁脈沖所造成的。涵閘遭受雷擊時，建筑內的電子設備會被雷電流及雷擊產生的電磁脈沖通過傳導及感應等方式產生各種暫態過電壓，而這些暫態過電壓會通過電源線或信號線的傳輸而產生過電壓波。這些暫態過電壓及過電壓波會對電子設備造成破壞，很容易影響涵閘自動化系統的正常運作及設備安全。所以，涵閘要著重對雷擊產生的電磁脈沖對自動化系統的危害方面進行防護。

2 涵閘自動化系統的防雷技術實施

2.1 防雷措施概念圖

涵閘自動化系統的防雷技術不能僅僅停留在對外部設備建立防雷措施，應該對其建立全方位的防雷措施，多應用現代化的分流、建接地網及屏蔽技術等方法對其進行保護。自動化系統的防雷設計可大致分為兩個方向，如圖1。

圖1 防雷設計分類示意圖

2.2 對不同路徑采取適當的防雷措施

2.2.1 屏蔽技術

對系統中的傳輸線采用屏蔽設計，對雷電感應電壓強度的減少有很大的幫助。但是在實施屏蔽設計時也有些問題需要注意，比如屏蔽層的設計要盡可能的接觸地面;電池線、通信電纜及電源線等設備要選擇帶有屏蔽效果的材料，并對這些設備裝備金屬屏蔽軟管。

2.2.2 防雷短線措施

要在傳感器、天線、蓄電池三者與終端機之間建立防雷措施，可以在傳感器、天線及蓄電池三者與終端機之間的連接選擇較短的導線，這對降低雷電感應電壓有很大的幫助。

2.2.3 對各種不同路徑加裝防雷器

自動化系統加裝防雷器要有針對性，不同的路徑要采用不同的防雷器。如天線所運用的防雷技術是同軸電纜短路技術，是在天線與電臺之間的線路上加裝防雷器FL—1，其防雷設計原理是把天線接收的雷擊產生的過電壓通過防雷器FL—1接入地下，使雷電壓的數值不會增加的過大，也避免了電臺被雷電破壞的危險(如圖2)。

圖2 防雷電感應過電壓原理

太陽能電池板與蓄電池之間采用的是加裝防雷器FL—2進行防雷保護。太陽能電池板到蓄電池之間這條路徑的長度關乎蓄電池所要承受的雷電感應電壓的大小。而屏蔽技術的使用，使屏蔽層內的線路對雷電過電壓的感應變低，能量較低;因此，要在蓄電池輸入端加裝防雷器FL—2，建立防雷措施，使蓄電池能夠正常運轉(如圖2)。

傳感器因為與數據儀之間的線路較短，感應到的雷電過電壓就比天線、太陽能電池板要小，因此，傳感器只需要運用數據儀前端的防雷設備FL—3就可以了，不需要建立獨立的防雷措施(如圖2)。

2.2.4 測試防雷電感應電壓原理實用與否

對防雷電感應電壓原理(如圖2)在防雷措施建設中是否實用，需要進行測試。可以對電源線、天線及傳感器三個方面分別接入電流進行測試，并在數據儀前端(簡稱A端)可以測得經防雷器防護及釋放后，電源線上的輸出電壓數值。經過試驗可以得出一些數據如表1。

表1 防雷器試驗的電壓數值參考表

2.3 建立接地網

接地網的建設是防雷措施中較為重要的一環，如果接地網的建設不能達到預期的效果，不僅不能給涵閘自動化系統的運行提供保障，還會隱含誘導發生安全事故的因素，會有很大的危害。因此，這需要有一定的防雷技術及經驗。接地網的建設，能把所有形式的雷產生的雷電流都引入地下，對自動化系統的防雷保護有很好的效果。所以，在涵閘自動化系統防雷措施建設中，要對接地網進行合理的使用。

接地網的建設中包括避雷針的使用、地網和接地裝置的設計方案等多個方面，還要對接地網進行接地電阻測試;接地網在把雷電流引入地下后，還要將其勻稱地發散出去，因此接地網的建設要慎之又慎。而且接地網的接地建設要與高壓電氣設備的接地分開進行，否則兩者之間會互相干擾，產生危險。

2.3.1 對接地網進行接地電阻測試

進行接地電阻測試時，要選擇合適的測試儀器，比如上海生產的“ZC29B—1”等，恰當地測試儀器能保證接地電阻測試結果的準確性。設計者在完成接地網建設后，必須要對接地網進行接地電阻測試，確保接地網能夠被可靠使用;若不符合標準，則需要對其進行改進。

3 中心站及閘控站的防雷措施

3.1 中心站的防雷措施

中心站是所有產業自動化系統的重要核心。所以在自動化系統的防雷措施實施，中心站的防雷建設是重中之重。中心站的防雷建設應包含交流電源以及其連接閘控站的信號線路的防雷措施。交流電源產生的大氣過電壓與內部過電壓會給涵閘自動化系統中的設備造成很大的損害，因此，要對交流電源進行防雷保護建設。可運用避雷器、防雷器、交流穩定電源等防雷技術對交流電源實施防雷保護。對中心站連接閘控站的信號線路的防雷設計可以使用光電耦合器。而且為了使中心站擁有些許屏蔽效果，可以在其墻壁上粘貼金屬紙。此外，在雷雨季節，可以對中心站的自動化系統進行直流供電，并使用室內天線進行數據信號的接收。這些方案對中心站的防雷措施建設都有著很有效地作用。

3.2 閘控站的防雷措施

閘控站的防雷措施與中心站的措施相似。所不同的是閘控站的防雷措施可以分為閘位計、其與中心站之間進行聯系的信號線路及交流供電線路這三個方面進行防雷保護。

4 結束語

涵閘自動化系統的防雷措施建設是至關重要的。這項措施可以對自動化系統的正常運行給予有效地保護，并運用各種防雷技術對自動化系統中的不同設備進行防雷保護，在不同的線路上面加裝適當的防雷器，以防止其被雷電所破壞，從而產生一些安全隱患。因此，要把涵閘自動化系統的防雷建設作為首要解決的問題，盡量排除可以引來雷電襲擊的因素，確保涵閘自動化系統不會出現任何隱患。

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