論水泥廠電氣自動化系統的接地和防雷

摘要：最近幾年，我國水泥廠電氣自動化水平已經有了顯著提高，電氣自動化系統已經逐漸成為水泥廠的重要組成部分，它對水泥廠的正常運轉有很重要的作用。本文通過分析水泥廠電氣自動化系統的接地與防雷技術，進一步完善和優化水泥廠電氣自動化系統的安全性和穩定性，提高水泥廠的經濟效益。

關鍵詞：水泥廠；電氣自動化；接地和防雷

水泥廠電氣自動化系統的接地與防雷對整個水泥廠自動化系統和供配電系統的安全穩定性具有十分重要的作用。但由于水泥廠各電氣室、中央控制樓與高大建筑物（如窯尾塔架、窯頭、均化庫、水泥庫及水泥磨等）距離很近，在實際施工的過程中，各種接地裝置很難被區分開，這使水泥廠的電氣自動化系統非常容易遭受雷電流的侵害，嚴重影響了水泥廠的正常運行，而解決這一問題主要有兩種方式：一是采用設置全廠共用一個接地網方式；二是采用設置全廠共用二個接地網方式。一般都采用前者。

一、水泥廠電氣自動化系統的接地系統

1.接地裝置的構成

通常情況下，水泥廠的接地裝置由接地導體（接地線）和接地極組成。接地導體是水泥廠電氣自動化系統設備的接地端子和接地極之間的金屬導體；接地極是一種金屬導體及導電模塊，它被直接埋入地中和土地緊密接觸。水泥廠電氣自動化系統的接地系統需要構建自動化系統、安全系統、低壓配電系統。供配電安全系統以及建筑防雷系統等的接地和防雷系統，使整個水泥廠的人工接地體和自然接地體組成一個聯合接地系統。

2. 水泥廠內需要接地的系統

在水泥廠內，10kv及以上供配電安全系統、低壓供配電系統的工作及安全系統、自動化系統等的防雷及接地系統都需要設置接地系統。可以采用將全廠的自然接地體和人工接地體構成一個聯合接地系統。一般在電氣室、變電站及中央控制樓周圍設置人工接地體，人工接地體裝置沿建筑物構成環網，用接地線將各個人工接地環網多點連接成聯合接地系統。

值得注意的是：在這個聯合接地系統中，即使人工接地體之間的某一條接地線斷開，也不會影響聯合接地系統的運行。但當不同用途接地系統共用一個總的接地裝置時，接地電阻應滿足一般干法水泥廠工頻電阻小于1歐姆的要求，同時也不能大于4歐姆。

由于上述各類系統都是通過等電位接地端子板與接地網連接的，為了保障水泥廠電氣自動化系統的正常運行，要盡量消除接地板上的電位偏移。這就要求自動化專業設計人員在進行強電時，采用TN-S配電系統，將PE線與N線分開，防止N線的不平衡電流流向總接地端子，將N母排的低壓配電柜和變壓器中性點連接，消除接地端子的電位偏移，提高電氣自動化系統的安全穩定性。

二、水泥廠電氣自動化系統的防雷系統

水泥廠電氣自動化系統主要由各類電子器件構成，其抗電磁脈沖、過電流和過電壓的能力較弱，一旦電氣自動化系統遭 受雷擊，會嚴重損壞電子器件，導致整個水泥廠運行中止。因此，要重視對水泥廠電氣自動化系統的防雷設計。

1.外部防雷裝置和內部防雷裝置的設計

防雷裝置可分為外部防雷裝置和內部防雷裝置，外部防雷裝置由接閃器、引下線和接地裝置三部分組成，是常規的避雷裝置，主要作用是防直擊雷。而內部防雷裝置主要是用于減小和防止雷電流在需防空間內所產生的電磁效應，減少建筑物內的雷電波侵人和雷電波所產生的電磁效應，防止反擊、接觸電壓、跨步電壓等二次雷害所采用的防雷措施，即防止感應雷的侵入。

設計人員往往重視防直擊雷的設計，而忽略防雷電波侵人和雷電電磁脈沖感應的設計，但雷電波侵人和雷電電磁脈沖感應侵入建筑物內，威脅人員和設備安全的二次雷害已日益嚴重起來，對于局外人來說，他們只是做些局部修理就完事了。面對這種挑戰，必須在注重防外部直接雷的同時，進行有效的內部二次雷害的防范。而內部防雷裝置一般是通過建筑物的等電位聯結，采用公共接地系統，對于電子、計算機設備房間，要輔以屏蔽系統、合理布線系統、浪涌保護器等措施，這樣便可獲得較好的內部防雷效果。

2.配電回路防雷設計

在水泥廠的日常運行過程中，雷電很容易通過電源進線侵害電氣自動化系統，嚴重影響系統的安全穩定運行。水泥廠的供配電系統一般是由三級電壓構成：110kV（35kV）/10kV（6kV）/0.4kV（0.23kV）。第二級和第三級供電線路都采用電纜敷設，受到直擊雷侵害的幾率極低。而 第一級供電線路主要為架空線路，遭受直擊雷侵害的幾率較大，在被直擊雷擊中后，雷電流將沿線路入侵，經過變壓器耦合到低壓線路，通過電氣自動化設備和電源線路，從而損壞計算機系統或者儀表。

針對110kV（35kV） 架空線路的供配電系統，必須要做好防雷設計，加強雷電防護。電氣自動化系統的電源系統必須采用三級雷電防護：（1）在水泥廠供配電室的電氣自動化設備高壓端安裝通容量盡可能大的防雷裝置；（2）在低壓配電裝置的進線位置安裝閥型防雷器；（3）在配電箱出口回路位置安裝防浪涌裝置。同時，也可以根據水泥廠的實際情況采取多級防護措施。

當然，外界信號系統的網絡線也是雷電流流入的一大途徑，也會破壞電氣自動化系統。但由于外界信號系統與水泥廠的運行直接聯系較少，并且外界信號系統多采用光纜線路，可以有效地防止雷電流侵害，因此這種情況可以不予考慮。

3. 水泥廠電氣自動化系統的其他防雷措施

為進一步提高水泥廠電氣自動化系統的安全性和穩定性，除了對電氣自動化系統的電源系統設置以上防護措施以外，水泥廠中央控制室要盡量在靜電地板下鋪設0.5米見方的裸銅帶格柵均壓網，作為等電位的連接網絡。設置防雷裝置的注意事項

（1）對圓庫筒倉類建筑，需敷設專門的人工避雷引下線。

（2）防雷裝置的駁接處必須焊接，采用綁扎有安全隱患。

（3）應采用外墻柱網，不能用建筑內柱網主筋作防雷引下線，以避免引雷時，強大的雷電流產生的電磁干擾建筑內設備的運行。

三、結束語

水泥廠電氣自動化系統的接地與防雷裝置的設計關系到整個供配電系統和自動化系統的安全，如果在設計上留下缺陷，到雷雨季節雷擊發生后，會使電氣自動化系統發生電源故障或集散控制系統（DCS）工作不正常。雷擊事故瞬間發生并結束，除了有損壞的設備或元器件外，不留痕跡，設備或元器件損壞的直接原因很難查清，恢復生產的時間較長。所以在設計電氣自動化系統時，就應全面綜合考慮供配電系統和自動化系統的安全，設計一套保證安全生產的接地系統和防雷系統。

參考文獻：

[1] 馮惠蘭 . 《水泥廠電氣自動化系統的接地與防雷》 [J]. 新世紀水泥導報，2013.5

[2] 王鵬祥 ， 苗雷 ， 湯濤林 ， 陳軍 ， 劉世晶 . 《電氣自動化系統的防雷保護技術》 [J]. 漁業現代化 ，2011.5

[3] 王強 . 《電氣自動化系統的防雷和接地》 [J]. 電力系統通信，2012.3

作者簡介：史國君，1987年1月，專科，洛陽理工學院 河南省商丘市梁園區