自動(dòng)化電力設(shè)備防雷措施研究

韓飛，楊斌

（1.青島祺和工程咨詢有限公司，山東 青島 266000；2.煙臺(tái)宋和科技股份有限公司，山東 煙臺(tái) 264006）

信息化浪潮席卷電力行業(yè)促使電力設(shè)備的自動(dòng)化水平得到了飛快提升，計(jì)算機(jī)、微電子設(shè)備等越來越多地裝配到電力運(yùn)行系統(tǒng)中，雖然有效地提高了電力企業(yè)的工作條件和工作效率，但一旦出現(xiàn)惡劣的雷電天氣，其容易損壞現(xiàn)有的電力設(shè)備，不僅使電力企業(yè)經(jīng)濟(jì)受損，也給人們的生產(chǎn)生活帶來不便。那么，該布置怎樣的防雷措施來減小損失、提升電網(wǎng)運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性呢？

1 對(duì)雷擊和防雷器件的概述

1.1 雷擊的破壞原理

眾所周知，雷電是自然界中常見的極端自然現(xiàn)象，雷擊本身帶著巨大的電流能量并瞬間釋放出來，給物體造成極強(qiáng)的損害。以感應(yīng)雷為例，不管是放電過程中靜電荷生產(chǎn)的靜電感應(yīng)，還是瞬變電磁場(chǎng)在電路中生成的電磁感應(yīng)，都能在傳播中對(duì)自動(dòng)化電力設(shè)備造成巨大破壞。而且集成化程度越高的電子設(shè)備，其抵抗雷擊電流的能力越弱，感應(yīng)雷一旦出現(xiàn)，就會(huì)損傷集成電路的核心器件，以及自動(dòng)化電力設(shè)備和外界連接時(shí)必須用到距離較長(zhǎng)的電纜線路，還有各種系統(tǒng)中的各個(gè)接口，造成無法挽回的破壞。

1.2 防雷器件的工作原理

按照工作方式分類，防雷器件大致可以分為斷開電路和對(duì)地短路兩種。所謂的斷開電路方式，是指防雷裝置感應(yīng)到雷電通過的瞬間就自動(dòng)斷開電路，將電子設(shè)備隔離保護(hù)起來；而對(duì)地短路方式則是將瞬間的雷電流導(dǎo)入大地，達(dá)到保護(hù)電子設(shè)備的目的。基于經(jīng)濟(jì)性、防雷性等多方面綜合考慮，目前使用較多的是對(duì)地短路防雷方式。

2 自動(dòng)化電力設(shè)備的具體防雷措施

2.1 微電子設(shè)備的防雷措施

微電子器件是自動(dòng)化電力設(shè)備的重要組成部分，但其耐沖擊水平不高，也是雷擊時(shí)容易損傷的部件。一般來說，當(dāng)電壓沖擊達(dá)到10V、30ns時(shí)，電路就會(huì)被擊壞，如若雷擊時(shí)電流磁場(chǎng)＞0.07×104T或＞1km，就有可能造成電子設(shè)備的誤動(dòng)。正是因?yàn)槲㈦娮釉O(shè)備容易受影響，其防雷措施主要有3種。

一是選用TVS管。微電子器件在遇到高瓦數(shù)浪涌脈沖時(shí)極容易受到損壞，這是如果安裝了TVS管，也就是瞬態(tài)電壓抑制器，能夠以極快的速度改變兩極間的阻抗，瞬間吸收高能量的電流沖擊，穩(wěn)定電壓，避免受破壞。正是因?yàn)門VS管具有速度快、吸收量極高、好控制等非常明顯的防雷優(yōu)勢(shì)，所以越來越多的電力企業(yè)將其定為微電子器件的防雷首選。

二是設(shè)置過敏電阻。以氧化鋅避雷器為例，一旦出現(xiàn)雷擊，避雷器能夠產(chǎn)生比微電子器件近乎四倍高的保護(hù)電壓，這樣就能消減雷擊的電壓沖擊，保護(hù)微電子器件不受損害。

三是使用中和變壓器。這是當(dāng)前新研發(fā)出來、效果頗佳的防雷措施。在防雷裝置設(shè)置好工作狀態(tài)后，如果出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象，電壓沖擊通過微電子電路時(shí)產(chǎn)生的強(qiáng)大電流能量，中和變壓器一方面能夠釋放這些電流能量，防止雷擊造成的器件損害，另一方面能夠消除雷電電流殘余的電壓，起到降壓保護(hù)作用。

2.2 載波機(jī)的過電壓防雷措施

作為一種通信傳播設(shè)備，載波機(jī)是自動(dòng)化電力設(shè)備必不可少的一環(huán)。當(dāng)遇到雷擊時(shí)，載波機(jī)有三個(gè)部件極容易受損：

（1）高頻電路盤。安裝放電管是高頻電路盤提升自身抗雷擊水平的一個(gè)重要舉措，放電管能夠?qū)⑺查g過電壓導(dǎo)出高頻電路盤，使其在一定程度上產(chǎn)生耐雷性，提高耐雷水準(zhǔn)。

（2）電源盤。電源盤也可以采用安裝放電管的防雷方式，使電源盤的耐雷水平得到提升，載波機(jī)的運(yùn)行穩(wěn)定性得到保障。

（3）用戶話路盤。因?yàn)橥ㄟ^用戶話路盤的兩股電壓有差異，所以防雷裝置要進(jìn)行特殊設(shè)計(jì)，可將其放置在載波機(jī)里，以達(dá)到不管哪股電壓通過都能得到有效保護(hù)的目的。

2.3 屏蔽與接地保護(hù)措施

（1）接地保護(hù)措施。因?qū)Φ囟搪肥悄壳笆褂幂^廣泛的防雷裝置的工作原理，所以，接地設(shè)計(jì)乃是防雷措施的關(guān)鍵點(diǎn)。一般來說，可以將構(gòu)筑物接地，也可以設(shè)計(jì)配電系統(tǒng)和強(qiáng)電設(shè)備接地，還可以將計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)設(shè)計(jì)成接地方式，若能將三種方式統(tǒng)一起來配合使用，則能大幅度提升電力設(shè)備的耐雷水平，降低或完全消除對(duì)系統(tǒng)和設(shè)備的損害情況。不管是哪一種接地方式，在考慮經(jīng)濟(jì)成本的同時(shí)都要最低限度地降低接地電阻，使得過電壓值無限降低，且具備較好的泄流能力，才能達(dá)到最好的防雷效果。

（2）屏蔽保護(hù)措施。為了減弱或消除雷擊電流放電時(shí)產(chǎn)生的巨大能量或是施加在電子設(shè)備上的電磁干擾，需要設(shè)置一些金屬屏蔽體達(dá)到屏蔽保護(hù)目的。以計(jì)算機(jī)系統(tǒng)為例，屏蔽體由建筑物、設(shè)備本身、線纜管道等多個(gè)部分組成，通信機(jī)房等建筑物的鋼筋、金屬門窗、各種金屬房屋構(gòu)架、地板等都是有一定作用的屏蔽體，可以將他們連接或焊接起來，這就是一個(gè)具有很好保護(hù)作用的法拉第籠，也就形成了第一步的屏蔽網(wǎng)。設(shè)備屏蔽首先要排查其耐電壓能力，按照不同等級(jí)設(shè)置不同級(jí)別的屏蔽措施，如高等級(jí)屏蔽，就要敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，將其與機(jī)房?jī)?nèi)的接地母線連接起來，形成較嚴(yán)密的第二步屏蔽網(wǎng)。對(duì)于電線電纜及其管道的屏蔽層，一是要在兩端都要做好良好的接地措施，二是在即將進(jìn)入室內(nèi)時(shí)接上壓敏電阻，將會(huì)產(chǎn)生更強(qiáng)的防雷效果。

2.4 多種防雷技術(shù)綜合運(yùn)用

（1）從整體著眼，設(shè)置全面覆蓋的綜合防雷系統(tǒng)。自動(dòng)化電力設(shè)備的防雷措施不是“頭痛醫(yī)頭、腳痛醫(yī)腳”的單個(gè)手段，而是要從電力系統(tǒng)的整體性出發(fā)，站在全局的高度將多種防雷技術(shù)結(jié)合起來，設(shè)置全覆蓋的綜合防雷系統(tǒng)。為此，首先，就要對(duì)防雷裝置進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃，設(shè)備外部要安裝什么、內(nèi)部安裝什么、什么裝置放在何處、發(fā)揮什么作用，都要心中有數(shù)，將不同的防雷器件組合放置，實(shí)現(xiàn)防雷效果的最優(yōu)化；其次，具體部位的防雷裝置要有針對(duì)性地安裝，比如電力設(shè)備外部安裝避雷針，將雷電電流導(dǎo)入地下，以免損害電力基礎(chǔ)設(shè)施或引發(fā)其他意外事故，而設(shè)備內(nèi)部則要在電磁屏蔽、接地系統(tǒng)等方面下功夫，將過電壓有效釋放給大地，達(dá)到保護(hù)自動(dòng)化電力設(shè)備的目的。

（2）對(duì)配電系統(tǒng)做好多級(jí)防護(hù)。配電系統(tǒng)是自動(dòng)化電力設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)的必要條件，也是雷擊經(jīng)常“光顧”的地方，因此，配電系統(tǒng)的防雷措施也是不容忽視的重要一點(diǎn)。以往配電系統(tǒng)的防雷措施多是單一且與整個(gè)防雷系統(tǒng)割裂開的，導(dǎo)致防雷效果并不理想，致使配電系統(tǒng)受損，整個(gè)自動(dòng)化電力設(shè)備無法運(yùn)行的狀況屢屢出現(xiàn)。為此，要將配電系統(tǒng)的防雷措施并入整個(gè)綜合防雷系統(tǒng)，并實(shí)施多級(jí)保護(hù)措施，如在容易受到雷擊的不同部位安裝不同型號(hào)的電壓保護(hù)器，形成一個(gè)整體防護(hù)網(wǎng)，相互配合、相得益彰，防雷效果自然不錯(cuò)。

3 結(jié)語

總之，自動(dòng)化電力設(shè)備的防雷措施是復(fù)雜且繁瑣的工作，我們首先要在思想上重視起來，其次要結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)和實(shí)際情況不斷鉆研防雷的具體措施，解決實(shí)踐中遇到的各種問題，力爭(zhēng)將防雷工作帶上一個(gè)新臺(tái)階。