隔離變壓器在雷達應急發電機中的防雷應用

龍桂才，傾鵬程，杜宇飛，高必通，方亞芬，黎 直

（1.梧州市氣象局，廣西 梧州 543002； 2.中山市氣象局，廣東 中山 528401；3.重慶市防汛抗旱搶險中心，重慶 400000； 4.連州市氣象局，廣東 清遠 513400；5.民航華東空管局氣象中心，上海 200000）

1 引言

國內新一代多普勒天氣雷達的組網觀測，給全國各地的天氣預報特別是短時強雷暴天氣的監測提供了實用的氣象資料［1-7］。短時強雷暴天氣容易引發雷擊事件，特別是高層建筑以及強電設備，更容易通過帶電線路或者導電載體將雷電脈沖引入室內用電設備，從而造成室內設備的雷擊損壞［8-13］。將隔離變壓器引進到供電系統，可以降低用電設備遭受雷擊的幾率，防雷效果明顯［14］。

本文介紹一種可以大概率避免柴油發電機系統重要部件遭受強雷電擊壞的方法，使用隔離變壓器對發電機系統中的“市電供電-柴油發電機供電”自動切換裝置進行處理，以達到防雷的作用。

2 隔離變壓器及其防雷原理

隔離變壓器的初級、次級的線圈數相同，將其接入到電源系統電路上，可以將初級的電壓通過線圈耦合到次級的回路上，使得初級、次級的電路回路得到有效隔離，而電壓基本保持不變［15］。

當雷電流被引入到安裝有隔離變壓器的電源系統電路上時，雷電流經過隔離變壓器初級回路，由于雷電流的瞬間電壓遠遠高于正常電路的工作電壓，隔離變壓器的鐵心達到飽和狀態，電磁耦合的功能失效，初級回路的高雷電高壓不能耦合到次級回路上，次級回路避免了雷電的正面沖擊，從而使次級回路上的電器設備得到保護。

3 天氣雷達簡介

新一代多普勒天氣雷達能夠實時監測其探測范圍內的降雨、雷暴、冰雹以及臺風等天氣，在軍事、空管、氣象以及水文上有著不可替代的重要作用［16-21］。

梧州新一代多普勒天氣雷達地處梧州市區的榜山頂，海拔108米，柴油發電機房建在雷達塔樓旁，地勢較高，而且連接強電設備，比較容易引來雷擊。作為一個耗電設備，供電的重要性不可言喻，即使雷達機房內配備UPS不間斷電源，但UPS只能提供短時間的應急用電，假如提供市電的相關線路遭遇嚴重破壞，短時間內難以修復，可靠的應急用電還是需要應急用的柴油發電機發電來提供。

4 雙電源自動切換控制器

柴油發電機作為應急供電設備，是在正常市電因故障中斷后才啟動的發電設備，而發電機的啟動又可以分為自動啟動和手動啟動。正常情況下，市電故障斷電后需要人工手動去啟動柴油發電機。而梧州雷達樓是局站分離，和辦公場所較遠。為了能夠在市電中斷后及時的切換到柴油發電機供電，需要一個快速、可靠的切換系統來切換。

梧州雷達樓的柴油發電機房使用鄭州眾智科技股份有限公司生產的smartgenHAT220A雙電源自動切換控制器，該控制器能夠在市電供電線路出現斷電或者故障時，按照設定好的啟動時間，啟動柴油發電機，并將柴油發電機供電線路切換到雷達供電系統上，以保證雷達的正常運行。當市電供電恢復正常時，該控制器又能夠將發電機停用，并將雷達供電系統恢復到正常的市電供電線路上。

該自動切換智能控制器具有兩個輸入端口，其中一個端口接到市電，另外一個端口接到發電機。如圖 1、圖 2 所示，（A1、B1、C1、N1）接線端口用來監測市電輸入的正常與否，如果市電被斷或者有其他異常，通過（A1、B1、C1、N1）端口檢測識別后自動切換智能控制器發出切換命令啟動柴油發電機發電。由于（A1、B1、C1、N1）端口和交流市電有直接的電氣相連，故當雷電高電壓通過市電線路進到此控制器時，與地有較大的電壓差從而會對控制器造成嚴重損壞。

圖1 HAT220A接線端口示意圖

圖2 HAT220A接線原理圖

2014年7月的一次午后短時雷雨過程，梧州榜山頂上的柴油發電機房遭受嚴重的雷擊 （而與發電機房相隔數十米距離的雷達塔樓內的用電設備沒有遭到雷擊），發電機房內的HAT220A雙電源自動切換智能控制器被雷擊而損壞。

更換新的自動切換智能控制器，并在市電進入端再加上一個SPD避雷器之后，很長一段時間內，此柴油發電機房的各個系統都沒有因為雷擊而受到損壞。直到2017年5月，此發電機房內的自動切換控制器再次遭受損壞性雷擊，故此發電機房的防雷措施需要進行整改。

5 隔離變壓器應用

將隔離變壓器安裝在HAT220A自動切換智能控制器的四線三相市電輸入端前 （其中初級與次級的零線要相連接），其他線路接線不變，如圖3所示。接上隔離變壓器后，經測試，對原來發電機系統的正常運行沒有影響。

圖3 隔離變壓器接線示意圖

2017年6月26日下午的一次強短時暴雨過程，伴隨強閃電雷擊，當時在雷達塔樓內的值班人員剛好發現打雷時值班室的臺式電腦直接自動關機，固定電話頻閃，雷擊過后發現室內的一個視頻監控器直接被雷電劈壞，這說明山頂上雷達塔樓內以及周邊附近的室內用電設備遭到強烈的雷電沖擊。之后檢查柴油發電機房內的HAT220A自動切換智能控制器，發現其并沒有因為此次雷擊而遭到損壞，說明隔離變壓器用于防雷是可靠的。

6 結語

經測試，安裝隔離變壓器后的天氣雷達應急發電機系統遭受雷擊損壞的幾率變小。但由于每次閃電雷擊的強度不同，安裝的隔離變壓器能承受的雷擊強度峰值無法估量，只能通過長時間的觀察、測試來調整隔離變壓器與發電機系統間的參數，以達到最好的防雷效果。

在氣象設備中，雷電的防護一直都是個難題，地面觀測站的防雷也是重中之重，對于觀測站內的強電設備，也可以使用隔離變壓器來進行防雷處理，可以降低設備被雷擊造成損壞的幾率。

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