南寧給水所防雷技術

莫小強

（南寧鐵路局建設管理處，工程師，廣西 南寧 530003）

南寧供電段南寧給水所位于邕江邊，日供水量約2.5萬t，擔負南寧鐵路地區的運輸生產、生活和消防給水。2003年以來，該給水所先后采用了變頻恒壓供水系統、自動化控制系統。系統設備所采用的高度集成化CMOS電路和CPU單元，都由精密的儀器等設備構成，對瞬間過電壓的承受能力很低，在雷雨天氣時常被雷擊壞。據分析，自動化系統設備損壞的主要原因是雷電感應浪涌電壓造成。雷電波感應對自動化系統的破壞，主要是通過侵入電源線、通信線和信號線而損壞電源、通信和信號系統?？梢?，要有效地做好供水自動化系統的雷電防護，應從整個配電電源、通信、信號系統等幾個方面入手，采取先進的防雷技術，進行全方位的防雷保護。

1 電源防雷

1.1 雷害的產生 南寧給水所避雷針在攔擊大電流（一般超過40 kA）并經引下線入地的過程中，在附近輸電線路上形成雷電沖擊波，其能量容易與工頻回路耦合。雷電沖擊波從配電線路進入自控設備的電源模塊。雖然配電系統在高低壓進線處都已安裝氧化鋅避雷裝置，但是這些避雷器啟動電壓高并有較大的分散電容，與設備負載之間成為分流的關系，加在自控設備上的殘壓很高，至少高于避雷裝置的啟動電壓，一般為峰值的2～2.5倍（單相殘壓不低于0.8 kV），極易造成自控設備損壞。因此，必須通過配電柜的電源防雷器，對通過電源初級防雷器的雷電能量進一步泄放，將幾千伏的過電壓進一步限制在1 kV左右。

1.2 電涌保護器的選擇 電源避雷器應根據電源線前端所處防雷區的不同進行選擇。若處LPZ0區，則應選擇開關型電涌保護器。是否加裝下一級電涌保護器，需根據防雷區的分布即上一級保護器的殘壓確定。對電源電涌保護器的選擇，還應考慮以下技術參數：

1）反應時間。避雷器的反應必須比電涌的速度快，一般在納秒級，且均符合技術要求。

2）一次處理的最大電流。最大電流（即峰流）是指避雷器的處理最大電流的能力。

3）吸收能量的能力。避雷器吸收能量的能力越高，避雷器的使用壽命越長。

4）鉗制電壓的能力。將過電壓鉗制在電器設備所能承受的安全范圍之內的能力。

5）體積的大小。避雷器體積越小，電感也越小，防護效果也就越好。

1.3 電涌保護器的安裝

1.3.1 安裝位置 電源電涌保護器宜安裝在各防雷分區的交界處。具體安裝位置要求如下：

1）在LPZ0A區和LPZ0B區與LPZ1區交界面處連續穿越的電源線路上，應安裝符合一級分類試驗的電涌保護器。如一級、二級泵房總電源進線配電柜內，配電變壓器的低壓側主配電柜內。

2）在LPZ0B區與LPZ1區交界面處穿越的電源線路上應安裝符合二級分類試驗的電涌保護器。如沉淀池、過濾池的電源配電柜內。

3）當電源進線處安裝的電涌保護器的電壓保護水平，加上其兩端引線的感應電壓保護不了該配電箱供電的設備時，應在該級配電柜安裝符合二級分類試驗的電涌保護器。其位置一般設在LPZ1區和LPZ2區交界面處。如中控室、軟啟動器、變頻器控制室的配電柜內。

1.3.2 接線要求 電源電涌保護器應并聯安裝在各系統設備所在的配電柜電源進線處。當安裝在裝置的電源進線端或其附近時，接線要求如下：

1）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）直接相連或沒有中性線時，接在每一線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。

2）當在電源進線端，中性線與PE（保護線）不直接相連時，有2種接線方式。

方式1：接在每一相線與總接地端子或總保護線之間和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。方式2：接在每一相線與中性線之間和接在中性線與總接地端子或總保護線之間，取其路徑最短者。

1.3.3 具體實施 在一級、二級泵站的三相動力電源處安裝AM1-80/3+NPE低壓配電系統電涌保護器，作為一級、二級泵站電源的總體保護。此電涌保護器具備80 kA的雷電流泄放能力，適用于三相電源系統的第一級防雷（如圖1）。

圖1 一級、二級泵站電源電涌保護器安裝示意圖

在一級、二級泵站軟啟動器、變頻器，投礬系統的變頻器電源進線處，分別安裝AM2-40/3+PE低壓配電系統電涌保護器，作為軟啟動器、變頻器的電源防雷保護。此電涌保護器具備40 kA的雷電流泄放能力，適用于三相電源系統的第二級防雷（如圖2）。

在一級、二級泵站，沉淀池、過濾池的PLC電源進線處安裝AM2-40/1+NPE低壓配電系統電涌保護器，作為PLC的電源防雷保護。此電涌保護器具備40 kA的雷電流泄放能力，適用于單相電源系統的第二級防雷（如圖3）。

圖2 軟啟動器、變頻器電涌保護器安裝示意圖

圖3 投礬、加氯系統PLC電涌保護器安裝示意圖

2 通信信號防雷

2.1 雷害的產生 在雷擊發生時，產生巨大瞬變電磁場，在1 km范圍內的金屬環路，如網絡線、電話通信線路、視頻監控線路等都會感應到雷電，將會影響各系統的正常運行，甚至徹底破壞各系統的重要電子設備。南寧給水所自控系統通信線采用特制屏蔽雙絞線，在安裝時都是穿管直埋（或電纜溝）鋪設，雷電在此處的感應電壓不高，一般為1～2 kV，但由于其直接進入PLC或計算機通信口這一薄弱環節（正常電壓一般為正負5 V，12 V，24 V，48 V等），足以一次性破壞網絡。即使不能一次性破壞設備，但每一次的過電壓沖擊都會加速網絡設備的老化，影響數據的傳輸和存儲，直至網絡設備徹底損壞。

2.2 電涌保護器的選擇 計算機數據交換或通信頻率在0～50 MHZ之間，在選用信號電涌保護器時，主要根據工作電壓、工作頻率和允許最大信號衰減值等技術參數確定。

2.3 電涌保護器的安裝

2.3.1 安裝要求 電涌保護器應并聯安裝在各系統重要電子設備所在的配電柜通信、信號進線處，同時應靠近通信、信號接口處安裝，以減小反射損耗。對于需要將瞬態過電壓限制在特定水平的信息系統設備，應考慮在該設備前安裝符合三級分類試驗的電涌保護器，安裝位置一般設在LPZ2區和其后續防雷區交界面處。

2.3.2 具體實施 在一級、二級泵站，投礬、加氯間，沉淀池、濾池、中控室工控機相應的模擬信號輸入端，各安裝1套SR-E06V/2S模塊化通信信號電涌保護器（如圖4），作為通信信號的防雷保護。此電涌保護器額定電壓6 V，最大通流容量10 kA，最大傳輸速率2 m/s。

圖4 通信信號電涌保護器安裝示意圖

3 接地裝置

防雷系統必須有可靠的接地裝置。防雷的最終措施是“泄放”，用等電位連接導體或電涌保護器將分開的電器裝置、諸導電物體連接起來，以減少雷電流在它們之間產生的電位差。

3.1 一般要求 接地系統的關鍵是地下的接地裝置，這經常成為建立有效接地系統的最大難題。要提供最小而又能長期保持的低阻抗對地泄流，應考慮諸如土壤條件、接地裝置與土壤的接觸面、接地裝置的長期效果（壽命）等因素。自控系統的防雷接地裝置必須與強電系統及構筑物的接地裝置分開，間距不小于20 m，以減少電磁干擾對自控設備的影響。接地電阻不得大于2Ω。

3.2 具體實施 根據現場實際情況并經電阻測量，南寧給水所一級和二級泵站配電柜、投礬和加氯間、中控室建筑物既有接地極都能滿足防雷系統接地裝置的要求。因此，一級和二級泵站防雷接地均利用配電柜既有接地極作為防雷接地極，投礬和加氯間、中控室防雷接地均利用建筑物既有接地極作為防雷接地極，沉淀池和過濾池防雷接地均利用池體的鋼筋主體作為防雷接地極。連接導線采用銅芯導線或電纜，截面積不小于電源的相線，一般為16 mm2。

3.3 運行維護 每年雷雨季節前應對接地系統進行檢查和維護。主要檢查連接處是否緊固，接觸是否良好，接地引下線有無銹蝕，接地體附近地面有無異常。必要時，應挖開地面抽查地下隱蔽部分銹蝕情況，如果發現問題應及時處理。接地極的接地電阻每年應測量1次，若大于2Ω要進行處理。

4 結束語

南寧給水所在安裝防雷系統之前，雷暴天氣時配電柜經常跳閘，導致出水泵房突然失電，給水所自動化系統的通信接口也屢遭擊壞，致使自動化系統癱瘓，嚴重影響給水所安全供水。自從安裝防雷系統后，其在雷暴天氣經受了考驗，取得了理想的效果。近2年來，整個系統未再發生因雷擊而造成自動化系統癱瘓和停水事故，保證了安全供水。同時，南寧給水所防雷系統的成功安裝，為南寧供電段其他自動化給水所的防雷工作提供了經驗。