小型水力發電站監控系統防雷措施

謝永生

[摘要]將自動化監控系統應用于小型水力發電站工程中，對水利水電事業的發展起到了很大的推動作用，監控系統的使用為電力系統提供了重要保障，同時如何確保監控系統的安全穩定運行成為水力發電站建設的重點內容之一。雷電是影響監控系統安全運行的重要因素，因此本文首先對雷電的危害進行分析，然后提出了在小型發電站監控系統應采取的防雷措施，為加快我國水利水電事業的發展做出貢獻。

[關鍵詞]小型水力發電站；監控；雷電；危害

一、雷電對小型水力發電站監控系統造成的危害

雷電是因為空氣中的正負電荷因為劇烈碰撞而產生的一種劇烈、瞬間的放電現象，屬于一種自然現象。雷電的危害性毋庸置疑，按照影響形式的不同，可以將雷電的危害方式分為三種方式，即直擊雷、感應雷和地形雷。直擊雷，就是雷電通過直接接觸物體的方式對物體造成危害，雷電的直接接觸會給所接觸的物體帶來瞬間的大電流，從而破壞物體的結構；感應雷，雷電在形成的時候會產生一個瞬間的、劇烈變化的電磁場，如果這個電磁場的附近存在不閉合的導體，就會在這個不閉合的導體中產生一個極高的電壓，從而引起導體中產生瞬間的大電流，從而對物體造成損傷。

二、監控系統遭雷擊的主要原因與途徑

雷電對物體造成損壞時不僅僅只是通過單一的形式對其造成損壞，往往是直擊雷和感應雷并存的形式對物體造成損壞，所以雷電對物體造成的損壞往往是極大的。而對于微電子設備來說，感應雷的危害遠遠大于直擊雷，而國內發生的大多數電子設備雷擊事故都是由感應雷引起的。因為雷電在形成的瞬間會產生一個強烈的電磁場，而這個強烈的電磁場附近的電子設備或者電子線路就會產生強烈的靜電感應，從而對電子設備或者電子線路造成損壞，這就是所謂的感應雷雷擊。而新型的微電子設備的集成度遠遠高于原來的電子設備，它的工作電壓也遠遠低于原來的電子設備，所以其耐過電以及抗雷電電磁性能往往較弱，而雷電在形成的順序形成的電磁場會在電子設備上引起一個極大的過電壓值，瞬間產生的電流對于這些電子設備來說也是致命的。總的來說，感應雷主要是通過下列三種入侵方式對物體造成損壞。

（一）通過供電線路入侵

科學家們通過大量的實驗證明在工頻附近雷電產生的能量最大，而雷電與供電線路耦合發生的概率也很高。通過對近幾年發生的雷擊事件研究表明，通過供電線路造成的雷擊事件占所有雷擊事件的60%以上，遠遠高于其他方式。雷電在形成的瞬間在附近的220V的輸電線路上會形成一個千伏以上的電壓，這對于電子設備的危害就顯而易見了。

（二）通過通信線路

通信線路主要有數據傳輸線、信號發生以及信號接收天線以及相對應的反饋線等。這些線路本身就存在著大量的電信號，所以本身對于電磁場等也較為敏感。當引雷入地產生感應雷的時候，瞬間產生的電磁場就會通過信號發生以及接收器的反饋線等進入到信號發生以及接收裝備，從而對設備造成大量的損壞。

（三）地電位反擊

在發電站建筑施工過程中，會按照設計在建筑的交流電位器工作點、安全保護地以及建筑物的防雷設備安裝點之間設立一定的間隔距離，從而最大限度提高安全度。如果建筑的交流電位器工作點、安全保護地以及建筑物的防雷設備安裝點之間的距離過近，當雷電引人地面的時候，它們之間就會因為瞬間產生的電位差從而形成地電位反擊，從而對設備造成損壞。

三、小型水力發電站監控系統防雷接地措施

雷電對小型發電站物體造成損壞時不僅僅只是通過單一的形式對其造成損壞，往往是直擊雷和感應雷并存的形式對物體造成損壞，可以從外部和內部措施進行預防：

監控系統防雷的外部措施主要包括了空氣截雷系統或者安裝避雷針和避雷帶等。一般是在監控系統所處構筑物頂部安裝接閃器來接收雷電，通過該裝置將雷電引導進入大地并安全散流，在散流的過程中要最大限度保證每一根引流線上流經的電流都要進人大地，從而降低高強度的雷電對附近的設備以及線路造成損壞。

監控系統的內部防雷措施主要是通過對建筑物內部的監控系統的設備安裝防雷設備與過電壓保護裝置，從而對電子監控設備進行保護，在安裝的過程中一定要注意接地工作的完成質量。

（一）隨用瞬態電壓抑制器一TVS管

TVS管又叫做瞬態電壓抑制器，是一種高效的電子設備保護裝置，瞬態電壓抑制器主要是通過二極管對電子設備進行保護。當瞬態電壓抑制器的兩端受到一個瞬間的高能量反向沖擊時，它能在瞬間將其自身裝置兩端的阻抗由高變低，從而得以吸收瞬間產生的千瓦以上的浪涌功率，從而保證裝置兩端的電壓值保持在一個安全范圍內，從而最大限度保證監控系統中一些精密元器件的安全，避免其受到損壞。瞬態電壓抑制器的反應時間極快，且它的瞬態功率也較大，漏電電流以及擊穿電壓等均較小，現已廣泛應用與監控系統的防雷系統中。瞬態電壓抑制器具有以下特點：

a.將瞬態電壓抑制器安裝到信號線以及輸電線路上面，能夠有效防止因為外界原因出現的瞬間脈沖對電子監控設備內的精密儀器造成傷害。

b.瞬態電壓抑制器的靜電放電效應能夠瞬間放出千伏以上、60A左右的脈沖，并且持續的時間也較長，相對于其他的器件，瞬態電壓抑制器的保護性能更好。

（二）采用UPS不間斷電源

UPS電源最大的特點是它的穩壓作用，在一定的范圍內，能夠有效抑制或者凈化入侵到線路中的突變電壓或者突變電流，從而保證監控系統中的一些精密元器件。另一方面，如果因為雷擊事故導致斷電，UPS電源會經過逆變器向監控系統繼續發電一定的時間，在放電的過程中，向監控系統的服務器發送一個信號通知其對系統進行保護和對一些不能保存的數據進行及時的處理，從而最大限度保護監控系統的設備以及防止丟失數據。所以對于監控系統來說，UPS電源的穩定性對于網絡數據的安全性等有著直接的影響，而UPS電源的發電時間的長短與UPS電源的電源容量有關。

（三）注意事項

為了最大限度減低雷電事故的危害，在雷電易發階段，小型水力發電站的監控系統要通過多種保護方式并存的方式對監控系統進行保護。在小型水力發電站的監控系統安裝過程中還要注意：監控系統的設備盡量安裝到室內：監控系統的設備的安裝位置不易過高：監控系統的設備在安裝的過程中盡量安裝在離雷電易發地帶較遠的地方。

此外，在建筑物的建造過程中一般采用避雷針或者避雷帶等預防雷電事故的發生，而對于避雷針或者避雷帶等進行接地工作的時候除了使用建筑物本身的結構接地外還有設立單獨的引流線路，最大限度預防雷擊事故的發生。

四、結束語

小型水力發電站監控系統的防雷處理是一個長期而又系統的工作，需要結合實際情況多方面進行考慮，然后針對性地選取防雷措施對其進行防護。此外，在防雷工作的進行中，合格的防雷設備也是防雷工作中的重點。合適的防雷措施以及合格的防雷裝備，才能最大限度保護小型水力發電站監控系統的正常運行。