水電廠計算機監控系統雷電防護改造

程 林

(國電大渡河新能源投資有限公司富水水力發電廠，湖北 黃石 435000)

水電廠計算機監控系統雷電防護改造

程 林

(國電大渡河新能源投資有限公司富水水力發電廠，湖北 黃石 435000)

計算機監控系統在發電廠廣泛應用，發揮著越來越大的作用，提高其抗雷電性能是提高系統可靠性的重要環節。結合實際，提出了提高計算機監控系統雷電防護的具體改造措施，經實施后取得了一定的成效。

水電廠；計算機監控；雷電；防護

0 引言

目前，由于科技水平的提高以及計算機監控技術的逐步成熟，計算機監控系統已在發電廠得到了大量的應用，這對提高發電廠的自動化水平以及運行靈活性起了很大的作用，可以說計算機監控系統是發電廠的“中樞神經系統”。然而，一般發電廠都比較重視計算機監控系統的設備選型、網絡結構、通訊方式以及軟件功能等，卻容易忽略計算機監控的雷電防護。

水力發電廠皆建于依山傍水之地，處于雷擊頻繁的環境，幾乎每年都要遭受雷電的危害。雷電嚴重威脅著水力發電廠各種電氣設備的安全運行。近年來，國電大渡河新能源富水電廠曾多次發生因雷電造成廠用計算機監控系統中的電源模件、開入開出模件故障以及微機溫度巡檢/保護裝置故障，造成計算機監控系統部分癱瘓，影響了機組的安全穩定運行。

2011年，富水電廠對歷年來的計算機監控系統的雷害原因進行分析、研究，找出了切實可行的防止雷電危害的措施，并對該廠的低壓電源系統、二次等電位接地銅排網系統、二次電纜屏蔽等進行了改造。2012年，該廠計算機監控系統沒有發生類似上述的雷害故障。

1 計算機監控系統雷擊故障原因分析

富水水力發電廠采用國電南瑞公司生產的SSJ-3000型水電站EC2000計算機監控系統，于2006年投入運行。該系統采用基于Windows?NT操作系統的全分布開放系統結構，共分為2層：主控級(電廠級)和現地控制LCU單元層，主控級和現地控制單元經光纖快速以太網相連。

現地控制單元(下位機)LCU由MB系列PLC和觸摸屏構成，共有4套，其中：LCU1、LCU2為機組現地監控屏，LCU3為公用裝置監控屏，LCU4為開關站現地監控屏。由于該廠開關站現地監控屏控制室外開關站設備，因而成為遭受雷擊故障的重災區。

1.1 雷電通過低壓電源系統危害監控系統

雷電通過低壓電源系統入侵計算機監控系統，是最為常見的危害形式，其產生的危害也較大,往往會造成微機監控系統的電源模塊損壞。如2008年7月，該廠計算機監控系統中的開關站現地監控LCU屏的電源模件因雷擊而損壞，導致開關站現地監控LCU屏退出運行，該廠大部分開關、刀閘只能現地操作。

此次雷電故障的原因為：當雷電波侵入時，由于雷電幅值較低，不足以使線路或母線避雷器動作，或避雷器動作后的殘壓通過變壓器的電磁感應耦合到低壓側，使低壓電源系統產生雷電過電壓，并傳輸到計算機監控系統。由于該廠低壓電源系統沒有過電壓保護措施，雷電過電壓得不到有效限制，造成低壓電源系統中的絕緣薄弱處被擊穿。而計算機監控系統的電源模塊又首當其沖，所以造成該廠開關站現地監控LCU屏電源模塊的擊穿、損壞。

1.2 感應過電壓通過二次傳輸線路危害監控系統

雷電對計算機監控系統的危害還有靜電感應、電磁感應或互感耦合。如雷電在發電廠附近活動時，雷云所帶的強電場會以靜電感應的方式在二次回路上感應出很高的感應電壓；雷云向避雷針或附近地面凸出物放電時，還會由于電磁感應的作用在二次電纜中產生感應過電壓；當雷電流經避雷針、避雷線或避雷器的接地引下線進入發電廠的接地網，再經接地網流入大地時，會造成接地網的局部電位升高，也會通過互感耦合在接地網附近的電纜溝內的二次電纜上產生感應過電壓。上述感應過電壓傳輸到計算機監控系統，往往會造成計算機監控系統的開入、開出模件損壞。

如2009年6月，該廠計算機監控系統中的開關站現地監控LCU屏的開入、開出模件因雷擊而損壞；2010年8月，該廠計算機監控系統中的開關站現地監控LCU屏的開出模件因雷擊而損壞，導致該廠開關、刀閘在微機監控上不能正常顯示，只能在現地操作開關、刀閘。

此2次雷電故障的原因為：由于雷電引起的靜電感應、電磁感應或互感耦合，在該廠開關站現地監控LCU屏至開關站的二次控制電纜上感應出感應過電壓，而該廠部分二次控制電纜不是屏蔽電纜，或是屏蔽電纜卻沒有正確接地，造成感應過電壓入侵該廠開關站現地監控LCU屏的開入、開出模件，導致開入、開出模件擊穿、損壞。

2 計算機監控系統防雷技術措施

在水電廠中，一次設備的防雷措施一般在電廠建設時就考慮得比較全面，相應的技術也已比較成熟。這里僅探討計算機監控系統等弱電設備的防雷技術，并針對雷電對計算機監控系統的危害原因，提出在低壓電源部分、開入開出信號部分以及接地部分應采取的措施。

2.1 低壓電源部分

對于低壓電源部分，應裝設以下3級保護：(1)?在廠用變壓器的低壓側或低壓母線上裝設相應電壓等級的氧化鋅避雷器進行保護；

(2)?在低壓母線與計算機監控系統屏之間的配電箱內加裝避雷器保護器；

(3)?在計算機監控系統屏的電源前端加裝浪涌吸收保護器進行保護或加裝隔離變壓器進行隔離。

其中，選擇合格合適的避雷器至關重要。

2.2 二次回路部分

對于計算機監控系統的開入、開出、信號等二次回路部分，應采取以下措施：

(1)?二次回路電纜采用屏蔽電纜，盡可能與強電電纜分開排放，屏蔽層在室外、室內兩端可靠接地。由于鎧甲電纜容易銹蝕，不建議采用；

(2)?監控裝置屏外殼要可靠且正確接地，以防止附近的雷電感應；

(3)?監控系統的開入、開出、信號等模件應能在高靜電、高噪音環境下安全運行，具有足夠的抗雷電干擾措施。

2.3 接地部分

為了防止雷電導致接地網附近的電纜溝內的二次電纜上產生感應過電壓，應采取以下措施：

(1)?接地網的接地電阻應在規定范圍之內，接地銅排接地截面積≥100?mm2；

(2)?應合理敷設接地銅排網，且確保各個接地裝置的泄流分支通道能迅速泄流；

(3)?設備的外露導電部位應進行等電位連接，等電位連接導體截面應符合規定要求。

3 計算機監控系統的防雷電改造

經過認真分析研究，該廠于2011年對低壓電源系統、二次等電位接地銅排網系統以及二次電纜等進行了改造，取得了一定的成效。

3.1 廠用母線安裝相應電壓等級的氧化鋅避雷器

該廠開關站現地監控LCU屏的交流電源取自廠用400?V母線，而該廠廠用400?V母線上沒有裝設防雷電裝置，且開關站現地監控LCU屏的電源前邊也未串接浪涌吸收保護器，所以只要雷電通過低壓電源系統入侵,?開關站現地監控LCU屏的交流電源回路就會受到威脅，相應的交流電源模件就會被雷擊而損壞。

該廠于2011年在廠用400?VΙ，Ⅱ段母線上裝設了相應電壓等級的氧化鋅避雷器，經過1年多的運行，開關站現地監控LCU屏的電源模件以及其他監控、保護裝置未受到雷擊干擾。為確保安全可靠，該廠準備在全廠監控、保護、勵磁等裝置的交流電源前邊串接浪涌吸收保護器進行保護，或在電源前邊串接隔離變壓器進行隔離,并加裝對地電容進行雷電波的吸收。

3.2 對全廠的二次等電位接地銅排網進行改造

為防止雷電流經避雷針、避雷線或避雷器的接地引下線進入發電廠的接地網時，在接地網附近的電纜溝內的二次電纜上產生感應過電壓，該廠對全廠接地網的接地電阻進行測量，對全廠接地網的接地銅排網進行更換改造：

(1)?對每塊屏或端子箱制作安裝 3?mm×40?mm銅排；

(2)?銅排用小絕緣瓷瓶固定在屏體或端子箱底部，確保接地銅排與地之間的絕緣；

(3)?將屏內或端子箱內的屏蔽電纜的屏蔽層接至接地銅排；

(4)?各接地銅排用軟銅電纜首尾相連形成環網,軟銅電纜及接地銅排接地截面積≥100?mm2，但保護控制屏、就地端子箱、本體端子盒內的交流供電電源的中性線(零線)不允許接入二次接地銅排網；

(5)?各二次等電位銅排網，應使用截面不小于100?mm2的軟銅電纜與主接地網可靠連接。

3.3 微機監控現地監控LCU屏至室外的二次電纜采用屏蔽電纜

為防止雷電活動通過靜電感應、電磁感應在二次電纜上產生感應過電壓，該廠準備將全廠監控、保護等設備及室外的二次電纜全部更換為屏蔽電纜，并將屏蔽層接地。由于受到實際運行條件的限制，目前只能采用逐步更換的方式進行，爭取在2年內全部更換完畢。

3.4 購買易損壞模件的備品備件

為防止特殊情況發生，以及確保計算機監控系統安全可靠，該廠還同生產廠家聯系，對易損壞的模件，購買相應的備品備件。當遇到模件損壞時，及時進行更換。

4 結論

當前，計算機監控系統在水電廠雖然已普遍應用，但由于投資、設計等原因，許多電廠對計算機監控系統的雷電防護有所忽略。雖然計算機監控設備是按照嚴格的標準生產的；但事實上，由于水力發電廠的特殊地理原因，監控設備因雷電而受損的幾率較大，而且往往一個關鍵元件受損，可能會給水電廠的安全穩定運行帶來極大的危害。因此，有必要采取有效的雷電防護措施，來保護計算機監控系統等設備，確保電廠安全穩定運行。

1?解廣潤．電力系統過電壓[M]．北京：水利水電出版社，1991.

（

2013-07-02；2013-08-30）