[閘壩,防雷,水力]淺談趙山渡水力發(fā)電廠閘壩防雷系統(tǒng)的改造與升級(jí)

1、淺談趙山渡水力發(fā)電廠閘壩防雷系統(tǒng)的改造與升級(jí)1工程概況趙山渡電廠位于溫州瑞安市高樓鎮(zhèn)，距文成縣19 km,距瑞安市41 km.趙山渡引水樞 紐水庫(kù)總庫(kù)容3 414萬(wàn)m3,年供水總量7. 3億m3,電站裝機(jī)容量20 MW.水庫(kù)大壩主要由 右岸碎重力壩、右岸河床式電站廠房、泄洪閘、左岸險(xiǎn)重力壩以及高湖水電站等組成.其中 共有16孔泄洪閘，采用弧形鋼閘門(mén)，由計(jì)算機(jī)多級(jí)控制液壓?jiǎn)㈤]設(shè)備啟閉閘門(mén).趙山渡電廠地處浙西南山區(qū)，境內(nèi)山地起伏，氣候四季分明，夏季多局地對(duì)流天氣，雷 暴特多，78月發(fā)生幾率最高.年平均雷擊天數(shù)為79 d.根據(jù)地區(qū)雷暴日等級(jí)宜劃分為強(qiáng) 雷區(qū).至下閘蓄水以來(lái)，泄洪閘PLC電源模塊、閘門(mén)

2、開(kāi)度傳感器、水位計(jì)等電子元件因雷擊， 頻繁造成PLC電源模塊、閘門(mén)開(kāi)度傳感器、水位計(jì)等電子元器件的損壞.對(duì)于肩負(fù)飛云江流 域防洪任務(wù)中的重要一環(huán)，每年夏季雷暴對(duì)泄洪閘的運(yùn)行帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患.為了確保泄 洪閘的安全運(yùn)行，2011年決定對(duì)大壩進(jìn)行防雷改造.2問(wèn)題描述趙山渡電廠泄洪閘的防雷方而主要出現(xiàn)了以下幾個(gè)方面的問(wèn)題.(1)閘壩建筑物接地電阻值偏大閘壩建筑物為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)建筑物，未安裝避雷帶及引下線(xiàn)，只在建筑物四角留有4 個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，從避雷檢測(cè)點(diǎn)測(cè)量接地電阻值遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于規(guī)范要求的10.(2)控制系統(tǒng)接地電阻值不符合要求配電系統(tǒng)與閘門(mén)控制系統(tǒng)情況：配電室和閘門(mén)控制室均位于大壩中部，電源接地制式 T

3、N-S,但接地電阻未達(dá)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，中控室內(nèi)沒(méi)有接地匯流排和等電位處理.(3)各信號(hào)端口沒(méi)有完善的防雷擊電磁脈沖防護(hù)電涌保護(hù)器閘控現(xiàn)場(chǎng)內(nèi)共有閘門(mén)現(xiàn)地控制柜16臺(tái)、閘門(mén)集中控制系統(tǒng)柜3臺(tái)、配電柜與計(jì)量柜5 臺(tái)，共24臺(tái)電柜，每扇閘門(mén)現(xiàn)地控制柜均外連32只閘門(mén)開(kāi)度傳感器，閘門(mén)集中控制系統(tǒng)柜 與閘門(mén)現(xiàn)地控制柜采用PR0FIBUS通訊，閘門(mén)集中控制系統(tǒng)柜與計(jì)算機(jī)控制中心采用以太網(wǎng) 通訊，各個(gè)通訊都采用信號(hào)端口進(jìn)行鏈接，但整個(gè)系統(tǒng)的信號(hào)端口沒(méi)有完善的防雷擊電磁脈 沖防護(hù)電涌保護(hù)器.3總體設(shè)計(jì)方案根據(jù)閘壩所處的地理、地質(zhì)、土壤、氣象、環(huán)境等條件和雷電活動(dòng)規(guī)律等的基礎(chǔ)上，因 地制宜地采取防雷措施，總體方案由

4、三部分組成.第一部分為外部防護(hù)，由接閃器、引下線(xiàn)、 接地體組成，主要是利用避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線(xiàn)安全地流入大地，防 止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上.第二部分是過(guò)渡防護(hù)，由合理的設(shè)置防雷器、屏蔽、接地、布線(xiàn)組成，可減少入侵引入的感應(yīng)雷電流.第三部分內(nèi)部防護(hù)，由均壓等電位連接和過(guò)電壓 保護(hù)組成，可均衡系統(tǒng)電位，限制過(guò)電壓幅值，以滿(mǎn)足設(shè)備就近接地要求.4核心技術(shù)4. 1外部防護(hù)技術(shù)(1)接閃器在閘壩屋頂安裝避雷帶沿屋角、屋背、屋檐和檐角等易受雷擊的部位敷設(shè)，采用12 mm 鍍鋅圓鋼材料，避雷帶每間隔1 m安裝長(zhǎng)150 mml2 mm鍍鋅支架，支架頂與避雷帶焊接，避 雷帶表面重新涂裝根

5、漿作防腐處理.(2)接地在建筑物外沿四周明裝14條引下線(xiàn)，引下線(xiàn)采用12 mm鍍鋅圓鋼，支架與墻面固定， 引下線(xiàn)上套25 PVC管做絕緣防護(hù)，防止人身接觸和損壞.每條引下線(xiàn)采用40 mm 4 nmi扁 鋼與人工接地體連接，加裝1組(每組2塊)CPD2000接地極，與扁鋼做可靠連接，接地 極水平橫向成一字形擺放.在建筑物外做人工接地體，根據(jù)周圉環(huán)境，在室外，挖深度為1. 4 m,長(zhǎng)度為4 1n正方形的坑.將40 nlm 4 mm鍍鋅鋼排用電焊做成網(wǎng)狀，置于坑中，并在溝 底將1. 5 m長(zhǎng)、25 mm的16根鍍鋅圓鋼垂直打入地下，且與接地網(wǎng)焊接，在坑底用5 10 cm左右墊物墊平、澆水將坑底土壤濕

6、潤(rùn)，同時(shí)，在接地溝邊置一灰斗，將降阻劑干粉倒 于其中，澆水(水必須澆透)并攪拌均勻，然后將攪拌成糊狀降阻劑均勻連續(xù)地澆灌在接地 體周?chē)?，待降阻劑凝固后先將好的上壤覆蓋接地體，然后再加添原土夯實(shí)，用40 mm 4 1nm雙 層熱鍍鋅扁鋼在地下互相焊接并引出地面，作為接地裝置；用40 mm 4 nlm扁鋼排與等電位 均壓環(huán)相連.4. 2過(guò)渡防護(hù)技術(shù)4. 2. 1電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)設(shè)計(jì)電子信息系統(tǒng)設(shè)備由TN交流配電系統(tǒng)供電時(shí)，配電線(xiàn)路采用TN-S系統(tǒng)的接地方式.電 子信息系統(tǒng)設(shè)備配電線(xiàn)路浪涌保護(hù)器的設(shè)計(jì).電源系統(tǒng)浪涌保護(hù)器的布置原則.在LPZ0和LPZ1、LPZ1和LPZ2、LPZ2和LPZ3各區(qū) 之

7、間的交界處相應(yīng)安裝電源浪涌保護(hù)器，通過(guò)多級(jí)鉗位，目的是使殘壓逐步降低，以有效地 抑制外來(lái)雷電波入侵和雷電電磁脈沖的危害.根據(jù)防雷技術(shù)規(guī)范，在廠區(qū)配電柜處并聯(lián)安裝 CPM-R100T浪涌保護(hù)器，進(jìn)行電源防雷保護(hù).電源SPD引線(xiàn)截面積：電源第一級(jí)SPD的連接 相線(xiàn)銅導(dǎo)線(xiàn)截而積16 mm2 .電源SPD接地連接線(xiàn)截而積及連接位置：電源第一級(jí)SPD的接 地端連接銅導(dǎo)線(xiàn)截面積25 mm2,銅質(zhì)絕緣導(dǎo)線(xiàn)與等電位帶進(jìn)行可靠電氣連接.用于電源線(xiàn)路 的浪涌保護(hù)器標(biāo)稱(chēng)放電電流參數(shù)值需要進(jìn)行嚴(yán)格整定，整定值參.4. 2. 2閘壩監(jiān)控系統(tǒng)及水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)防雷解決方案趙山渡閘壩監(jiān)控系統(tǒng)及水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)遭受雷電的影響有多方面

8、的，既有直接雷擊，又有 從電源線(xiàn)路、信號(hào)線(xiàn)路等侵入的雷電電磁脈沖，還有在建筑物附近落雷形成的電磁場(chǎng)感應(yīng)， 以及接閃器接閃后由接地裝置引起的地電位反擊.在進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮防直接雷 擊，還要防雷電電磁脈沖、雷電電磁感應(yīng)和地電位反擊等，因此，必須進(jìn)行綜合防護(hù)，才能 達(dá)到預(yù)期的防雷效果.（1）趙山渡閘壩內(nèi)的防雷設(shè)計(jì)趙山渡閘壩內(nèi)的各種線(xiàn)路，在建筑物直擊雷非防護(hù)區(qū)（LPZOA）或直擊雷防護(hù)區(qū)（LPZOB） 與第一防護(hù)區(qū)（LPZ1）交界處應(yīng)裝設(shè)線(xiàn)路適配的浪涌保護(hù)器.系統(tǒng)中央控制室內(nèi)基本采用S 型星型結(jié)構(gòu)連接，即工作室內(nèi)所有設(shè)備的金屬外殼、防靜電地板、信號(hào)地、PE線(xiàn)和SPD接 地線(xiàn)、屏蔽金屬管和屏蔽

9、線(xiàn)纜的金屬外護(hù)層均就近與等電位連接板進(jìn)行了電氣連接.改造后 的中央控制室內(nèi)的地網(wǎng)、廊道地網(wǎng)基本采用了共用接地系統(tǒng).邏輯信號(hào)接地極與防雷接地極 通過(guò)等電位均壓環(huán)進(jìn)行連接.接地干線(xiàn)采用截面不小于16 mm2的銅芯絕緣導(dǎo)線(xiàn)，并穿管敷 設(shè)接至就近的等電位接地端子板.（2）趙山渡閘門(mén)監(jiān)控設(shè)備信號(hào)端防雷在廊道外直接引入SSI端口處安裝信號(hào)防雷器，串聯(lián)安裝在進(jìn)入信號(hào)線(xiàn)路上，防止從信 號(hào)線(xiàn)路進(jìn)入閘控現(xiàn)地操作箱的浪涌.對(duì)閘門(mén)現(xiàn)地操作箱與集中控制柜PROFIBUS通訊總線(xiàn)上 安裝信號(hào)防雷器，串聯(lián)安裝在進(jìn)入信號(hào)線(xiàn)路上，防止從信號(hào)線(xiàn)路進(jìn)入集中控制柜的浪涌.集 中控制柜與計(jì)算機(jī)集控中心以太網(wǎng)總線(xiàn)上安裝信號(hào)防雷器，串聯(lián)安

10、裝在進(jìn)入信號(hào)線(xiàn)路上，防 止從信號(hào)線(xiàn)路進(jìn)入計(jì)算機(jī)集控中心的浪涌.而監(jiān)控及信號(hào)控制線(xiàn)應(yīng)考慮采取兩端安裝防雷裝 置，就近接接入地下環(huán)網(wǎng)，中控機(jī)房?jī)?nèi)，對(duì)設(shè)備加裝SPD（浪涌保護(hù)器）.4. 3內(nèi)部防護(hù)技術(shù)（1）趙山渡閘壩內(nèi)沿廊道內(nèi)側(cè)做接地環(huán)網(wǎng)，放置CPD2000接地極18組.接地極水平 橫向連于扁鋼，用焊接方式與40 mm 4 mm雙層熱鍍鋅扁鋼形成可靠電氣連接，放置完成后， 選用低電阻率土壤回填并分層夯實(shí).扁鋼引入配電柜內(nèi)，沿墻均勻分布安裝等電位聯(lián)結(jié)端子 箱18個(gè)，用于以后擴(kuò)容.（2）趙山渡閘壩的配電柜位于廠房?jī)?nèi)，環(huán)網(wǎng)扁鋼直接接入配電柜，在每個(gè)配電柜電源輸 入端并聯(lián)安裝一組CPM-R100T浪涌保護(hù)器

11、，采用BVRSS25 mm2與環(huán)網(wǎng)扁鋼做可靠連接.其 中8號(hào)配電柜在廠房外單獨(dú)做接地處理，采用1組（每組6塊）CPD2000接地模塊，與40* 4mm扁鋼做可靠連接，人工接地體距建筑物出入口或人行道不應(yīng)小于3 m.5運(yùn)行效果趙山渡閘壩通過(guò)防雷改造后至今已近3年時(shí)間，從實(shí)際運(yùn)行結(jié)果來(lái)看，閘壩各系統(tǒng)運(yùn)行 良好，防雷效果明顯，地阻測(cè)試符合規(guī)范要求，基本達(dá)到了預(yù)期的效果.特別是在改造前， 經(jīng)常因雷擊使閘控系統(tǒng)及水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)電子元器件的損壞，造成系統(tǒng)不能正常工作.在實(shí)施 防雷改造后，閘壩閘控系統(tǒng)及水文測(cè)報(bào)系統(tǒng)未出現(xiàn)因雷擊造成系統(tǒng)重要電子元器件的損壞. 2013年6月8日，閘壩變壓器遭直擊雷雷擊，雷電流強(qiáng)度很大，高壓線(xiàn)上三個(gè)高壓跌落保 險(xiǎn)跌落，一個(gè)跌落熔絲靜觸頭燒焦，兩個(gè)擊穿一個(gè)孔洞，閘壩主電源停電.在備用電源投入 后，檢查閘壩各系統(tǒng)均工作正常，設(shè)備運(yùn)行正常.這充分表明，這項(xiàng)綜合性的防雷改造是非 常有效的，雷電防護(hù)設(shè)計(jì)方案值得同行學(xué)習(xí)借鑒.6結(jié)語(yǔ)雷電防護(hù)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它包括防止直擊雷、防止和抑制雷電電磁脈沖干擾的各 種傳輸形式造成的危害.除了安裝防直接雷擊的優(yōu)化避雷針、避雷帶和避雷網(wǎng)；又要在雷電 感應(yīng)可能進(jìn)入的通道，如：天饋線(xiàn)、信號(hào)線(xiàn)、電源線(xiàn)等一些關(guān)鍵部位安裝相應(yīng)可靠的、優(yōu)質(zhì) 的浪涌保護(hù)器，將所有可能雷電入侵的渠道全部切斷泄放入地；同時(shí)，在每年雷雨季節(jié)前， 必須對(duì)各設(shè)備的