沿海涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)防雷技術(shù)與措施探討

張 軍，姚日軍，李愛(ài)華，王曉穩(wěn)

(江蘇大豐水利局，江蘇 大豐 224100)

隨著計(jì)算機(jī)及自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)化系統(tǒng)已經(jīng)被各個(gè)領(lǐng)域所采用。涵閘作為對(duì)水利領(lǐng)域有著重要意義的水工建筑物，自然也已經(jīng)采用自動(dòng)化控制系統(tǒng)。但涵閘的建筑地點(diǎn)大都是很開(kāi)闊的地方，周圍沒(méi)有建筑物對(duì)其進(jìn)行遮掩，而自動(dòng)化控制系統(tǒng)大多是由電子設(shè)備組成，對(duì)過(guò)電流、耐過(guò)電壓及雷電襲擊等方面的抗擊性較差，很容易引來(lái)雷擊，致使自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行被中斷。而舊的防雷技術(shù)已經(jīng)不能實(shí)現(xiàn)對(duì)涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)作用，這需要對(duì)涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)建立新的防雷措施。

1 雷擊對(duì)涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)造成危害的路徑及影響

1.1 造成危害的路徑

雷電襲擊作為對(duì)涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)破壞最大的因素之一，有多種路徑對(duì)涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)造成破壞。一是雷電直接擊中自動(dòng)化系統(tǒng)的外部設(shè)備，比如攝像頭、傳感器等，對(duì)其造成直接的破壞;二是雷擊產(chǎn)生后，雷擊電流會(huì)被引下線引入地下，這會(huì)使引下線周圍產(chǎn)生電磁感應(yīng)，造成電壓瞬間增強(qiáng)，致使附近的金屬管線被損耗;三是雷電直接襲擊產(chǎn)生的電流被接閃器接入地下，致使地網(wǎng)地電位提升，使得接地線對(duì)引入的高電壓進(jìn)行反擊。

1.2 對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)造成的影響

涵閘舊的防雷設(shè)計(jì)對(duì)雷電的直接襲擊已經(jīng)有了較為完善的防護(hù)措施，但是對(duì)雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖的防御卻不是很完善，因此自動(dòng)化系統(tǒng)中電子設(shè)備的損耗大多是由電磁脈沖所造成的。涵閘遭受雷擊時(shí)，建筑內(nèi)的電子設(shè)備會(huì)被雷電流及雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖通過(guò)傳導(dǎo)及感應(yīng)等方式產(chǎn)生各種暫態(tài)過(guò)電壓，而這些暫態(tài)過(guò)電壓會(huì)通過(guò)電源線或信號(hào)線的傳輸而產(chǎn)生過(guò)電壓波。這些暫態(tài)過(guò)電壓及過(guò)電壓波會(huì)對(duì)電子設(shè)備造成破壞，很容易影響涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)作及設(shè)備安全。所以，涵閘要著重對(duì)雷擊產(chǎn)生的電磁脈沖對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的危害方面進(jìn)行防護(hù)。

2 涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷技術(shù)實(shí)施

2.1 防雷措施概念圖

涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷技術(shù)不能僅僅停留在對(duì)外部設(shè)備建立防雷措施，應(yīng)該對(duì)其建立全方位的防雷措施，多應(yīng)用現(xiàn)代化的分流、建接地網(wǎng)及屏蔽技術(shù)等方法對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)可大致分為兩個(gè)方向，如圖1。

圖1 防雷設(shè)計(jì)分類示意圖

2.2 對(duì)不同路徑采取適當(dāng)?shù)姆览状胧?/h3>

2.2.1 屏蔽技術(shù)

對(duì)系統(tǒng)中的傳輸線采用屏蔽設(shè)計(jì)，對(duì)雷電感應(yīng)電壓強(qiáng)度的減少有很大的幫助。但是在實(shí)施屏蔽設(shè)計(jì)時(shí)也有些問(wèn)題需要注意，比如屏蔽層的設(shè)計(jì)要盡可能的接觸地面;電池線、通信電纜及電源線等設(shè)備要選擇帶有屏蔽效果的材料，并對(duì)這些設(shè)備裝備金屬屏蔽軟管。

2.2.2 防雷短線措施

要在傳感器、天線、蓄電池三者與終端機(jī)之間建立防雷措施，可以在傳感器、天線及蓄電池三者與終端機(jī)之間的連接選擇較短的導(dǎo)線，這對(duì)降低雷電感應(yīng)電壓有很大的幫助。

2.2.3 對(duì)各種不同路徑加裝防雷器

自動(dòng)化系統(tǒng)加裝防雷器要有針對(duì)性，不同的路徑要采用不同的防雷器。如天線所運(yùn)用的防雷技術(shù)是同軸電纜短路技術(shù)，是在天線與電臺(tái)之間的線路上加裝防雷器FL—1，其防雷設(shè)計(jì)原理是把天線接收的雷擊產(chǎn)生的過(guò)電壓通過(guò)防雷器FL—1接入地下，使雷電壓的數(shù)值不會(huì)增加的過(guò)大，也避免了電臺(tái)被雷電破壞的危險(xiǎn)(如圖2)。

圖2 防雷電感應(yīng)過(guò)電壓原理

太陽(yáng)能電池板與蓄電池之間采用的是加裝防雷器FL—2進(jìn)行防雷保護(hù)。太陽(yáng)能電池板到蓄電池之間這條路徑的長(zhǎng)度關(guān)乎蓄電池所要承受的雷電感應(yīng)電壓的大小。而屏蔽技術(shù)的使用，使屏蔽層內(nèi)的線路對(duì)雷電過(guò)電壓的感應(yīng)變低，能量較低;因此，要在蓄電池輸入端加裝防雷器FL—2，建立防雷措施，使蓄電池能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)(如圖2)。

傳感器因?yàn)榕c數(shù)據(jù)儀之間的線路較短，感應(yīng)到的雷電過(guò)電壓就比天線、太陽(yáng)能電池板要小，因此，傳感器只需要運(yùn)用數(shù)據(jù)儀前端的防雷設(shè)備FL—3就可以了，不需要建立獨(dú)立的防雷措施(如圖2)。

2.2.4 測(cè)試防雷電感應(yīng)電壓原理實(shí)用與否

對(duì)防雷電感應(yīng)電壓原理(如圖2)在防雷措施建設(shè)中是否實(shí)用，需要進(jìn)行測(cè)試?？梢詫?duì)電源線、天線及傳感器三個(gè)方面分別接入電流進(jìn)行測(cè)試，并在數(shù)據(jù)儀前端(簡(jiǎn)稱A端)可以測(cè)得經(jīng)防雷器防護(hù)及釋放后，電源線上的輸出電壓數(shù)值。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)可以得出一些數(shù)據(jù)如表1。

表1 防雷器試驗(yàn)的電壓數(shù)值參考表

2.3 建立接地網(wǎng)

接地網(wǎng)的建設(shè)是防雷措施中較為重要的一環(huán)，如果接地網(wǎng)的建設(shè)不能達(dá)到預(yù)期的效果，不僅不能給涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的運(yùn)行提供保障，還會(huì)隱含誘導(dǎo)發(fā)生安全事故的因素，會(huì)有很大的危害。因此，這需要有一定的防雷技術(shù)及經(jīng)驗(yàn)。接地網(wǎng)的建設(shè)，能把所有形式的雷產(chǎn)生的雷電流都引入地下，對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷保護(hù)有很好的效果。所以，在涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施建設(shè)中，要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行合理的使用。

接地網(wǎng)的建設(shè)中包括避雷針的使用、地網(wǎng)和接地裝置的設(shè)計(jì)方案等多個(gè)方面，還要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測(cè)試;接地網(wǎng)在把雷電流引入地下后，還要將其勻稱地發(fā)散出去，因此接地網(wǎng)的建設(shè)要慎之又慎。而且接地網(wǎng)的接地建設(shè)要與高壓電氣設(shè)備的接地分開(kāi)進(jìn)行，否則兩者之間會(huì)互相干擾，產(chǎn)生危險(xiǎn)。

2.3.1 對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測(cè)試

進(jìn)行接地電阻測(cè)試時(shí)，要選擇合適的測(cè)試儀器，比如上海生產(chǎn)的“ZC29B—1”等，恰當(dāng)?shù)販y(cè)試儀器能保證接地電阻測(cè)試結(jié)果的準(zhǔn)確性。設(shè)計(jì)者在完成接地網(wǎng)建設(shè)后，必須要對(duì)接地網(wǎng)進(jìn)行接地電阻測(cè)試，確保接地網(wǎng)能夠被可靠使用;若不符合標(biāo)準(zhǔn)，則需要對(duì)其進(jìn)行改進(jìn)。

3 中心站及閘控站的防雷措施

3.1 中心站的防雷措施

中心站是所有產(chǎn)業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)的重要核心。所以在自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷措施實(shí)施，中心站的防雷建設(shè)是重中之重。中心站的防雷建設(shè)應(yīng)包含交流電源以及其連接閘控站的信號(hào)線路的防雷措施。交流電源產(chǎn)生的大氣過(guò)電壓與內(nèi)部過(guò)電壓會(huì)給涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)中的設(shè)備造成很大的損害，因此，要對(duì)交流電源進(jìn)行防雷保護(hù)建設(shè)?？蛇\(yùn)用避雷器、防雷器、交流穩(wěn)定電源等防雷技術(shù)對(duì)交流電源實(shí)施防雷保護(hù)。對(duì)中心站連接閘控站的信號(hào)線路的防雷設(shè)計(jì)可以使用光電耦合器。而且為了使中心站擁有些許屏蔽效果，可以在其墻壁上粘貼金屬紙。此外，在雷雨季節(jié)，可以對(duì)中心站的自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行直流供電，并使用室內(nèi)天線進(jìn)行數(shù)據(jù)信號(hào)的接收。這些方案對(duì)中心站的防雷措施建設(shè)都有著很有效地作用。

3.2 閘控站的防雷措施

閘控站的防雷措施與中心站的措施相似。所不同的是閘控站的防雷措施可以分為閘位計(jì)、其與中心站之間進(jìn)行聯(lián)系的信號(hào)線路及交流供電線路這三個(gè)方面進(jìn)行防雷保護(hù)。

4 結(jié)束語(yǔ)

涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷措施建設(shè)是至關(guān)重要的。這項(xiàng)措施可以對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)的正常運(yùn)行給予有效地保護(hù)，并運(yùn)用各種防雷技術(shù)對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)中的不同設(shè)備進(jìn)行防雷保護(hù)，在不同的線路上面加裝適當(dāng)?shù)姆览灼?，以防止其被雷電所破壞，從而產(chǎn)生一些安全隱患。因此，要把涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷建設(shè)作為首要解決的問(wèn)題，盡量排除可以引來(lái)雷電襲擊的因素，確保涵閘自動(dòng)化系統(tǒng)不會(huì)出現(xiàn)任何隱患。

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