隔離變壓器在雷達應急發(fā)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(nèi)新一代多普勒天氣雷達的組網(wǎng)觀測，給全國各地的天氣預報特別是短時強雷暴天氣的監(jiān)測提供了實用的氣象資料［1-7］。短時強雷暴天氣容易引發(fā)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(nèi)用電設備，從而造成室內(nèi)設備的雷擊損壞［8-13］。將隔離變壓器引進到供電系統(tǒng)，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(fā)電機系統(tǒng)重要部件遭受強雷電擊壞的方法，使用隔離變壓器對發(fā)電機系統(tǒng)中的“市電供電-柴油發(fā)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(shù)相同，將其接入到電源系統(tǒng)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(tǒng)電路上時，雷電流經(jīng)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(tài)，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?qū)崟r監(jiān)測其探測范圍內(nèi)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(qū)的榜山頂，海拔108米，柴油發(fā)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(nèi)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(guān)線路遭遇嚴重破壞，短時間內(nèi)難以修復，可靠的應急用電還是需要應急用的柴油發(fā)電機發(fā)電來提供。

4 雙電源自動切換控制器

柴油發(fā)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(fā)電設備，而發(fā)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(fā)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(fā)電機供電，需要一個快速、可靠的切換系統(tǒng)來切換。

梧州雷達樓的柴油發(fā)電機房使用鄭州眾智科技股份有限公司生產(chǎn)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(xiàn)斷電或者故障時，按照設定好的啟動時間，啟動柴油發(fā)電機，并將柴油發(fā)電機供電線路切換到雷達供電系統(tǒng)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?qū)l(fā)電機停用，并將雷達供電系統(tǒng)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(fā)電機。如圖 1、圖 2 所示，（A1、B1、C1、N1）接線端口用來監(jiān)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(fā)出切換命令啟動柴油發(fā)電機發(fā)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(fā)電機房遭受嚴重的雷擊 （而與發(fā)電機房相隔數(shù)十米距離的雷達塔樓內(nèi)的用電設備沒有遭到雷擊），發(fā)電機房內(nèi)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(nèi)，此柴油發(fā)電機房的各個系統(tǒng)都沒有因為雷擊而受到損壞。直到2017年5月，此發(fā)電機房內(nèi)的自動切換控制器再次遭受損壞性雷擊，故此發(fā)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(jīng)測試，對原來發(fā)電機系統(tǒng)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(nèi)的值班人員剛好發(fā)現(xiàn)打雷時值班室的臺式電腦直接自動關(guān)機，固定電話頻閃，雷擊過后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)的一個視頻監(jiān)控器直接被雷電劈壞，這說明山頂上雷達塔樓內(nèi)以及周邊附近的室內(nèi)用電設備遭到強烈的雷電沖擊。之后檢查柴油發(fā)電機房內(nèi)的HAT220A自動切換智能控制器，發(fā)現(xiàn)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(jié)語

經(jīng)測試，安裝隔離變壓器后的天氣雷達應急發(fā)電機系統(tǒng)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(diào)整隔離變壓器與發(fā)電機系統(tǒng)間的參數(shù)，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(nèi)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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