水利工程電氣自動化系統防雷措施的應用研究

劉武國

摘? 要：自始至終，我國都在發展當中，無論是經濟的增長，還是科學技術的不斷創新與進步，尤其是在水利工程方面取得了特別大的成果和業績，各種水利工程層出不窮，規模同樣也越來越大，電氣自動化系統的采用和實施，更是使我國的水利工程呈階梯式的發展。但是有利就有弊，水利工程中電氣自動化發揮作用的同時，還可能遭受雷擊的風險，我們一定要重視這個問題，基于此，本文通過研究水利工程電氣自動化系統防雷的必要性，雷擊的類型和防雷的具體措施進行了詳細的分析，為了推動我國水利工程整體行業持續穩定健康的發展與進步，希望給讀者帶來一些借鑒的經驗和啟發。

關鍵詞：水利工程;電氣自動化系統;防雷措施

1 水利工程電氣自動化系統防雷的必要性

對于地方的經濟發展和社會整體的發展進步方面來說，水利工程的建設有著重要的作用，不可替代。目前我國在很多地方都建立了等級和規模不同的水利工程，各個地方的政府也積極的配合，在水利工程中投入了巨資，這些水利工程大部分都是建立在比較偏遠的地區，例如山區和林區，這種地區的地勢落差非常大，而水利設施正是利用這個特點來進行蓄洪和發電。同時，這些地區也極易遭受雷電的攻擊，導致整個水利工程中的自動化系統遭到破壞，設備出現故障，難以運行。所以如果想保證水利工程中電氣自動化系統的正常運行，必須要重視和采用有效的方法和合理的手段制定防雷措施。

2 雷擊類型

2.1 直擊雷

直擊雷是一種破壞能力特別高的雷擊類型，它會直接擊打在人或者是動物的身上，造成致命的傷害，所以必須要重視起來。直擊雷是在云層中形成，往往雷擊的目標是地上比較突出的金屬物體，一旦直擊雷擊中水利工程的電氣自動化設備，那么電流就會沿著設備傳到地下，產生極大的電壓，造成無法估量的破壞。

2.2 球狀雷

球狀雷絕大部分都是在雷雨天氣中所形成，所以只要出現雷雨天氣就可能會發生雷擊，通常球狀雷會發出刺眼的光芒，紅色或是白色，像用一個火球一樣。水利工程中，難免會有門窗通道，煙囪這一類設施，球狀雷就會通過這些設施對其電氣自動化設備進行破壞，和直擊雷相比較，球狀雷的危險更大一些。

2.3 雷電侵入波

雷電在擊打的時候同時伴隨著大量的電流，這些電流傳導進入地下或是通過電線和金屬管道傳入自動化設備中，這都會使電氣自動化設備的絕緣性被削弱，嚴重的時候會使其絕緣性直接消失，一旦電流在低壓和高壓之間流通的時候，特別容易發生觸電情況，這會給水利工程帶來極其嚴重的經濟損失。

2.4 雷電感應

雷電和導體之間會形成一種化學感應，這就叫做雷電感應，雷電感應有兩種比較常見的類型，第一種是電磁感應，第二種是靜電感應。靜電感應發生時，地面一定會有比較突出的物體，物體感應到電荷，從而與雷云進行相互吸引，雷電的電波在物體中進行傳導，對電氣自動化設備造成破壞。電磁感應是雷電與導體之間發生感應形成火花，對設備造成不可逆的損害。

3 防雷措施

3.1 選用瞬態電壓抑制器—TVS管

TVS管獨特的二極管結構樣式使其成為了高能效的保護器件，TVS管的工作原理是對浪涌功率進行吸收，如果被雷擊中，TVS管就會受到劇烈的沖擊，而且其兩端的方向是相反的，這就使其兩端的高阻抗瞬間變成低阻抗，速度極快，最高可以達到12秒量級，可以把幾千瓦的浪涌功率吸收，讓兩級的電壓盡量平衡，達到一個預定值，能夠保護電子線路中各種不同的元器件，避免其被浪涌脈沖破壞。

把TVS管加在電源線或者信號上，能夠有效的防止靜電放電效應和電源的開關所產生噪音而導致的失靈。靜電放電效應放出的脈沖最高可以達到六十安，電壓超過一萬伏，最長時間能夠持續十毫秒，對于一般的TTL器件來說，超過三十毫秒的十伏脈沖就會使其損壞，而TVS管則不會出現這種狀況，吸收強大的脈沖，消除總線之間的干擾。

應用TVS管的典型防雷方案

3.2 UPS過電壓保護

雷電侵入波沿著電源線進入室內之后，會導致電源的電壓短時間內急速的升高到一定的程度，破壞UPS及后接設備。盡管部分UPS中安裝了壓敏電阻，但是對于保護自己和后接微電子設備還是很困難。那么要想保護UPS或電源不被雷擊而損壞，四級保護是一種最好的辦法，所謂的四級保護有四個層次，第一級用三級氣體放電管，可以限制比較大的雷電一直到之后的保護系統能夠承受的程度，第二級用限流模塊，第三級用壓敏電阻，最后的第四級用TVS管，這四級保護可以有效的保護電氣自動化設備。

UPS不間斷電源原理圖

3.3 監控監視設備過電壓保護—三合一防雷器

三合一防雷器又叫做組合防雷器，也有人稱其為監控多功能防雷箱，其中包含電源防雷器，控制線路防雷器，視頻線路防雷器，結構上采用的是多級串聯，在使用的時候要注意與地面的連接。三合一防雷器不僅可以對電氣自動化系統進行防雷，還可以使室內的監控設備達到電磁脈沖擊的最大幅度之上。

3.4 做好接地和屏蔽

接地：電壓和電阻成正比關系，接地的電阻越小，過電壓就越低，所以要盡可能的降低接地電阻。在水利工程中，泵站和涵閘中控室內通信控制設備要做到和其他的動力裝置共用接地網，如果有條件的話，直接和防雷接地網連接。在中控室內，應該敷設均壓帶和環形接地母線，還要設置接地網的設備裝置，可以通過放電器或者擊穿保護器來讓其與工程地網進行連接來保證受到雷擊時能夠平衡電量。

屏蔽：中控室的金屬地板與鋼筋應該相互焊接來減少雷電電磁的干擾，如果工程更為浩大，對電氣自動化的設備要求就要相應的增高，所以必須敷設金屬屏蔽網，使環形接地母線和金屬屏蔽網均勻連接，室外通信電纜和架空電力線都要換成屏蔽電纜，室外通信電纜要保持兩端接地。電纜在進入室內之前要做好屏蔽工作，應埋地10m以上，深度大于0.6m，非屏蔽電纜也要埋地10m以上，但是必須穿鍍鋅鐵管，為了防雷效果最好，還可以在室外的人口端將鐵管和電力線之間加壓敏電阻。

3.5 綜合性防雷措施

除了采用上文所提到的接地和保護措施之外，還應該在其他位置進行有效的防雷保護。可以在RTU裝置上盡心安裝信號線過電壓保護器，對RTU裝置進行有效的保護，而配電變壓器無論高壓還是低壓處，都要進行安裝金屬氧化物避雷器，使三點保持共同接地，剩下的控制和通訊線也同樣要安裝過電壓保護器。近期以來的水庫泵站與涵閘工程中，凡是采用這些防雷設備和接地措施，按照要求進行安裝過電壓保護器的設備都沒有出現過事故，均安然無恙。

4 結語

通過上文所述，目前我國的水利工程中，電氣自動化系統的作用已經展現出來，正在逐漸的進行深入，那么水利工程的整體運作也必須做出發展和創新，現在的水利工程發展迅速，越來越趨向于智能化和簡單化，這都是電氣自動化設備的功勞，但是在電氣自動化設備運行的同時也會發生故障，雷擊就是其中一個不可忽視的因素。所以在電氣自動化系統中采用TVS管，對UPS進行過電壓保護，使用三合一防雷器，和各種過電壓保護器會有效的預防雷擊造成的損失，同時也不能忽視接地和屏蔽，相輔相成，采用多種手段進行有效的防雷，進而保證水利工程的順利進展。

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