水電站自動化系統(tǒng)防雷設(shè)計探究

1、    水電站自動化系統(tǒng)防雷設(shè)計探究    楊志強(qiáng)元江縣水利水電勘測設(shè)計院 云南省 玉溪市 元江縣 653300摘要：隨著我國科技和經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，在用電上也越來越自動化，在科學(xué)技術(shù)進(jìn)步的同時，我國多種類型的水電站都引入了微型計算機(jī)控制的自動化系統(tǒng)。這些計算機(jī)控制的水電站設(shè)備由于采用高度的集成單元和電路，對于短時過電壓的設(shè)備承受承受能力較低，成為了水電站受損的主要原因。本篇文章主要分析了在水電站自動化系統(tǒng)中出現(xiàn)的雷電干擾的主要方式，并且提出了自動化系統(tǒng)中防雷電的措施和方法，以供參考。關(guān)鍵詞：水電站；自動化系統(tǒng)；防雷設(shè)計；探究我國實(shí)際測量到的雷電最大流量為

2、200ka/s，通常情況下雷電流量是低于100ka/s的，這么大的電流無論是對于高層的建筑結(jié)構(gòu)還是水電站設(shè)備，都會對供電設(shè)備造成干擾現(xiàn)象。為了保證水電站可靠、安全運(yùn)行，除了在水電站軟件、硬件等方面采用可靠的防雷設(shè)備，還要針對水電站自身的情況，進(jìn)行防雷設(shè)計。一、雷電干擾水電站自動化系統(tǒng)的主要方式雷電災(zāi)害的特征是由二維空間向三維空間入侵，從過電壓波到內(nèi)電擊沿線路傳輸，變?yōu)榭臻g閃電中的脈沖電磁場，使雷電從三維空間中擊入到每一個部分，對水電站造成嚴(yán)重?fù)p壞，水電站的防雷干擾從感應(yīng)雷、直擊雷轉(zhuǎn)換為防止雷電電磁脈波的沖擊1。（一）從電源線路中侵入雷電干擾進(jìn)入電源線路設(shè)備的主要方式有：電容耦合、電磁耦合以及直

3、接進(jìn)入三種方式。1、電容耦合電容耦合就是當(dāng)電源線路的距離和其它供電設(shè)備的導(dǎo)線距離很近時，雷電沿著線路進(jìn)入到電源設(shè)備后，電源導(dǎo)線的電場通過電容耦合效應(yīng)對水電站附近的供電設(shè)備線路產(chǎn)生電容感應(yīng)，電容耦合的線路情況如下圖所示：電容耦合線路類型2、電磁耦合在用電裝置、電氣設(shè)備和電子設(shè)備中，為了方便固定和檢查，通常會把各種連接的導(dǎo)線捆扎成電纜，電纜內(nèi)存在著不同程度的電磁耦合。當(dāng)雷電沿著電源線進(jìn)行傳播時，依據(jù)耦合感應(yīng)的原理可以知道：電源線和其它的設(shè)備相互連接時，各個導(dǎo)線之間有磁場耦合，嚴(yán)重的時候可以導(dǎo)致各個設(shè)備之間遭到干擾，致使線路的性能降低或者不能正常工作2。3、直接進(jìn)入直接進(jìn)入是雷電直接把電源線擊中，通

4、過所有的電源進(jìn)入到二次供電回路中，雷電產(chǎn)生的高壓會給供電線路帶來致命的損壞，例：以最大的雷電電流量100ka/ms計算，在長十米的單根引線上，電感電壓將會達(dá)到1mv之上3。實(shí)際情況下，因?yàn)橛须姇瀻淼膿p耗，會適當(dāng)?shù)慕档碗妷海抢纂娨矔苯拥膿p毀水電站中大部分供電設(shè)備。（二）從地電位中侵入當(dāng)雷電電擊經(jīng)過避雷器或者避雷針的接地引下線進(jìn)入到水電站中，水電站中控室的接地網(wǎng)再次經(jīng)過接地網(wǎng)地面時，因?yàn)橄㈦娢坏姆植疾痪鶆颍蜁?dǎo)致接地網(wǎng)局部會升高電位，而地網(wǎng)旁的電纜通常情況下會有控制、通信、計量或者二次保護(hù)等供電設(shè)備的弱壓電纜，這個電位差會在電纜的屏蔽層內(nèi)出現(xiàn)表皮電流，表皮電流通過芯線（屏蔽層中的耦合）對

5、電纜芯線出現(xiàn)的干擾電壓，對二次供電設(shè)備造成干擾4。由于干擾方式不同，干擾的類別可分為差模干擾和共模干擾。出現(xiàn)差模干擾是正常信號和信號回路中電壓相互串聯(lián)的一種磁場耦合。出現(xiàn)工模干擾是由于電纜的導(dǎo)線（電源線、信號線）和地線中的干擾造成的，通常情況下是因?yàn)榈鼐W(wǎng)中的地電結(jié)升高導(dǎo)致的。雷電的放電參數(shù)有兩個：第一個是雷電流起到了主要的破壞作用，電流是幾十安至數(shù)百安，而且作用的時間極短，第二個是和雷電電流的上升速度有關(guān)，在一般情況下被稱為陡度，數(shù)值在1至80ka之間。雷電對于水電站中供電設(shè)備的影響是兩個或以上的放電特征引起的，可以分為感應(yīng)雷影響和直擊雷影響。感應(yīng)雷對水電站供電設(shè)備的不利因素主要為：雷電反擊、

6、電磁感應(yīng)、靜電感應(yīng)等破壞作用。直擊雷影響對水電站供電設(shè)備的不利影響主要是雷電沖擊波破壞供電設(shè)備、熱效應(yīng)破壞供電設(shè)備、電效應(yīng)破壞供電設(shè)備。二、水電站供電設(shè)備防雷設(shè)計研究（一）通訊線防雷水電站自動化控制系統(tǒng)的通訊線通常情況下使用特制的屏蔽線，而且在安裝的時候都是電纜溝或者穿管直埋進(jìn)行鋪設(shè)，因此在雷電擊害時對于此部分的電壓感應(yīng)不高。但是因?yàn)槭侵苯勇袢氲?，是計算機(jī)通訊口的薄弱環(huán)節(jié)，所以遭受的損壞也會比較大。通訊頻率或者計算機(jī)交換數(shù)據(jù)都是直流到數(shù)十赫茲流量，在選取避雷器的時候除非要做特殊的處理，通常情況下是不使用氧化物的避雷器的，由于氧化物避雷器分布電容比較大，所以對高頻供電設(shè)備的損壞也比較大。在選取此

7、種類型的避雷器時，要以速率或者通信頻率來確定，對高頻訊號設(shè)備要使用特殊設(shè)計的防雷器保證與該系統(tǒng)阻抗相互對應(yīng)，否則會出現(xiàn)信號反射現(xiàn)象。選擇避雷器應(yīng)該接近通訊的接口處進(jìn)行安裝工作，主要目的是減少反射損耗，網(wǎng)絡(luò)通訊線路最好的防雷方式是使用光纖網(wǎng)絡(luò)。（二）建筑物控制室防雷控制室是控制供電設(shè)備的信息中心，很多有價值的儀器儀表、通訊設(shè)備、計算機(jī)設(shè)備，是水電站的調(diào)度、生產(chǎn)監(jiān)控中心，所以對于防雷的要求要更高?？刂剖覂?nèi)應(yīng)該敷設(shè)均勻壓帶并且圍繞供電機(jī)房敷設(shè)環(huán)形的接地母線，主要目的是形成均壓等電位屏蔽5。有控制室的建筑物應(yīng)該安裝避雷網(wǎng)和避雷帶，僅安裝避雷針在水電站中防雷中的效果并不佳，由于水電站控制室內(nèi)的建筑物高度

8、較低，所以地勢比較寬曠，接近水源，容易受到來自各個方向的雷電擊害?？刂剖宜诘慕ㄖ锝拥鼐€組應(yīng)該小于10歐。室內(nèi)控制室的設(shè)備、計算機(jī)應(yīng)該盡量的放置在遠(yuǎn)離避雷針導(dǎo)線金屬體的地方。（三）防止地電位干擾為了可以減少由于雷電引起的損壞電位差，防止雷電干擾的方法有：金屬屏蔽接地、等電位連接、升高局部電位等。現(xiàn)代的防雷理論主要是使用等電位連接，水電站自動化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)的電位連接主體有：電子設(shè)備構(gòu)成的供電系統(tǒng)、防雷裝置、供電線路、可以進(jìn)入建筑物內(nèi)的金屬管道等系統(tǒng)。在防雷設(shè)計上應(yīng)該采取導(dǎo)線連接和線夾在排座連接時地等電位連接，需要的時候可以使用浪涌保護(hù)器進(jìn)行等電位連接6。通過星形的結(jié)構(gòu)把設(shè)備在最短的時間、距離內(nèi)

9、連接到相鄰地連接板等電位中。供電設(shè)備的外部接地交流電源中性點(diǎn)接地、電纜屏蔽層接地以及直流工作層接地。在同一個屏蔽柜中使用一個公共的接地端子，接地銅線的面積尺寸要超過35毫米。結(jié)語：綜上所述，本篇文章對現(xiàn)代水電站自動化運(yùn)營中雷電侵入的方式進(jìn)行了分析，在水電站自動化的防雷設(shè)計中使用合理科學(xué)的措施，確保水電站自動化系統(tǒng)的可靠、安全運(yùn)營。參考文獻(xiàn)：1李堯生.基于防雷設(shè)計的供電調(diào)度自動化系統(tǒng)研究j.電子世界，2014，06：32.2張世中，胡哲.某水電站內(nèi)部觀測自動化系統(tǒng)防雷措施j.長江科學(xué)院院報，2009，05：31-33+49.3彭沛欣，謝常青，毛琦.水電站監(jiān)控系統(tǒng)的綜合防雷設(shè)計策略j.水電站機(jī)電技術(shù)，2009，03：19-21+35.4趙斌，趙志勇，邱小弟，廖占勇，崔崗.小灣水電站安全監(jiān)測自動化系統(tǒng)的總體設(shè)計j.水電自動化與大壩監(jiān)