水利工程電氣自動化系統防雷措施探討

滕 軍

自動化電氣系統主要組成部分是控制系統、監測系統和通訊系統，其性能直接決定了整個水利工程的運行效率。這些系統經常因電壓、電流等微小原因引起故障，從而引發雷擊，給自動化系統造成嚴重破壞。為了避免這一情況，需要綜合考慮防雷措施來解決現有問題。

一、水利工程電氣自動化系統的應用現狀

結合以往的實踐經驗，技術人員在保證水利工程一般功能的情況下，從節約人力、物力、財力的角度，選用以計算機監控為主的管理方式，對泵站、降壓站、電力設備、控制系統等進行統一管理，實行網格化的在線監控管理，對運行參數、設備工作狀態等進行實時記錄，工作人員只需遠程操作便可完成整個運行項目的有序控制。自動化系統中的泵站主要承擔著監控泵組和電氣設備的任務，同時要向終端管理人員傳遞泵組的實際信息。泵站采用了分層開放式網格布局，由計算機自動監控和控制，包括了語音報警系統、GPS 定位系統、通訊系統、數據服務器等。對于自動化系統的繼電保護裝置來說，技術人員要依照國家設置的裝置設計規范合理配備安全防護系統和保護裝置，如電動機的失步保護、失磁保護、過電壓保護、電流速斷保護等。

二、對電氣自動化系統有威脅的雷擊類型

為了有的放矢地做好自動化系統防雷工作，本文首先對雷擊的類型和危害展開描述。隨著水利工程資金投入的不斷加大，各地水利項目均大力引入了自動化設備和先進技術，進一步促進了城鄉一體化建設，改善了群眾的用水條件和生活狀況。而由于水庫、水電站等水利工程多處于雷電高發區，電氣系統易受雷擊危害，因此加強防雷干預是促進水利行業可持續發展的前提。

1.直擊雷

這類雷擊效果極強，可直接作用于生物體致其死亡，對電氣系統的危害最大。直擊雷產生于云層、地面突出物體之間的放電行為，一旦雷擊碰觸到電氣設備，巨大的電流便會隨著金屬物進入地下，形成較大的對地電壓，電氣設備無法承受這種壓力而被擊壞。

2.球狀雷

產生于雷雨天氣，特別是雷暴天氣，一般會伴隨有較為耀眼的紅光和白光，猶如火球一般。如果水利工程所在區域存在裂縫、通道，則球形雷會進入其中給設備帶來損害。

3.一般雷電

產生的雷電波為侵入波雷電，其電流除了進入地下，還會通過輸電線路、金屬管道等物質到達自動化設備，消減甚至是直接消除電氣設備的絕緣性能，極易造成觸電事故。

4.雷電感應

一般分為靜電感應、電磁感應。靜電感應指雷電形成后會與導電物體形成感應，電氣設備的金屬外殼或零件與之接觸后會形成火花，由此造成設備損壞。電磁感應則是指地面突出物體的表面在感應到電荷后，兩者之間會出現異性相吸的情況，表面電荷擺脫原有束縛會隨著雷電波一起進入到設備當中，從而產生強大的電磁場，誘發電源脈沖干擾，進而損壞自動化設備。

三、水利工程電氣自動化系統防雷措施

1.接地與屏蔽

長期以來，受經濟和技術的制約，我國水利工程均使用接地與屏蔽措施來達到設備防雷的目的，其具有良好的經濟性和有效性，在當前被廣泛運用。作為常見的一種防雷手段，接地與屏蔽效果關鍵還在于接地電阻的阻值和壽命。根據物理學理論，電阻的阻值與電壓值成正比關系，因此要在安全的條件下盡量減小接地電阻的阻值以達到控制電壓的目的。當然，小阻值電阻的成本相對較高，在系統配置時應綜合考慮經濟效益。電氣自動化系統的通信設備、控制系統多位于中控室或泵站，在條件允許的情況直接連接防雷接地網，并與各類水利動力裝置匹配使用。除了上述接地防雷處理，還要做好屏蔽措施。這是一種實際應用技術，通過把電氣系統中間的金屬地板、鋼筋籠等焊接在一起，或直接安裝屏蔽電纜，從而給電氣系統創造一個外部籠狀結構，根據等電位高壓原理屏蔽雷電產生的高壓。應當注意的是，在安裝金屬屏蔽網或屏蔽電纜時，要將其與接地母線相連，且母線需要在機房內部環形、多點均勻架設，以確保安全性。

2.電壓保護

雷擊會使得電氣設備產生電感效應，效應產生的波能能直接作用于線路和UPS設備。雖然UPS設備本身具有過電壓保護性能，但因雷擊所產生的高壓和功率過高，設備自帶的電阻無法阻止高壓電流。為了解決這一問題，需要設置四級保護，如放置三級氣體放電管、限流模塊、TVS管、壓敏電阻，全方位地建成科學、高效、安全的防雷系統，不斷削弱雷電電壓和電流的作用，發揮自身過電壓保護功能。

3.配電部分

配電線路是整個電氣自動化系統的重要組成部分，其發揮的作用也是不可忽視的。在進行防雷處理時一定要配備好瞬態過電壓保護器，這種保護器可實現三級保護，一是變壓器的線路分別對地連接，當外界產生強電壓作用于保護器時可直接放出去，因為它有巨大的雷同量，對過電壓的釋放效率很高，可有效分流負載。二是專用配電母線對電線路在傳輸過程中出現的過高電流進行分流，防治電磁干擾。三是接線板熔斷器后方中性線對地并聯后，將釋放殘壓，給予設備安全性保護。技術人員還可以放置限流模塊、瞬態電壓抑制器的方式來減少電壓和電流，從不同角度削弱電壓作用，使得UPS設備發揮應有的過電壓保護作用。

4.防雷器

電氣自動化系統中心可通過安置“三合一”防雷器來達到綜合性防雷的目標。基于防護電源、控制線路、監督線路三個角度，依據電磁脈沖原理，以多級串聯的形式實現設備的多級保護。防雷器可用于保護室內、室外設備，是一種綜合性防雷措施，且效率較高。從雷電本身的特性來看，它所造成的破壞是連貫性的，由外到內地破壞電氣系統。在進行防雷工作時，不能單一化地應用某一項措施，而是要根據工程的實際需求，綜合運用多種防雷措施，構建立體化、全面化、整體化的雷電防護網。在實踐中，可以把接地與屏蔽保護作為基礎防雷措施，并在其他電器設備和系統中配備其他防雷裝置。如，對于配電變壓器，可以在高低壓側安裝類似金屬氧化物的避雷器，將其與接地母線連接，三點一線地保護系統。又比如通訊系統，應安裝電壓保護器，防止高壓電流進入到設備系統中。對于遠程終端控制設備，由于其與顯示屏有著距離，這就不可避免地會架設網線和電線，對此也要對信號線加裝過電壓保護器，以提高防雷安全性。

除此之外，構筑物在修建時還要注意考慮弱點設備，如計算機等。普通設備在供電中所使用的高低壓配電系統均與接地系統相連，但用電情況的不同使得接地電流出現變化。如果采用傳統聯合接地將會使得弱點設備的電壓值不斷升高，造成二次損壞。鑒于雷擊所產生的高電位會損壞接地電網和附近導體，技術人員要確保電氣系統在接地時應保持十米以上的安全距離，并輔以局部絕緣或屏蔽處理。

四、結論

在經濟社會高度發達的今天，水利工程作為社會發展的重點項目，理應擔起安全、高效、經濟建設的責任。電氣系統自動化已經成為必然趨勢，遠程監控系統也是實現產業經濟效益的最佳途徑。技術人員要充分認識到雷電防護的重要性，創新技術措施，最大程度地降低雷擊損壞