水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施

魏靜洲

[摘? ? 要]在我國社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善的背景下，水利工程建設(shè)近些年來發(fā)展速度較快，水利工程建設(shè)對我國社會(huì)發(fā)展具有關(guān)鍵性的促進(jìn)作用。在水利工程建設(shè)過程中，防雷系統(tǒng)建設(shè)是其中一項(xiàng)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，是保證水利工程安全性的重要系統(tǒng)。且在現(xiàn)代信息技術(shù)發(fā)展的推動(dòng)下，自動(dòng)化防雷系統(tǒng)建設(shè)成為主要發(fā)展方向，能夠有效提高防雷系統(tǒng)運(yùn)行效率。文章對水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施進(jìn)行研究與分析，提出一些合理的意見和措施，旨在進(jìn)一步提升我國水利工程建設(shè)安全性。

[關(guān)鍵詞]水利工程;防雷建設(shè);電氣自動(dòng)化系統(tǒng);防雷措施;優(yōu)化策略

[中圖分類號]TV736 [文獻(xiàn)標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]In the context of the continuous improvement of my country's social infrastructure， my country's water conservancy project construction has developed rapidly in recent years， and water conservancy project construction has a key role in promoting my country's social development. During the construction of water conservancy projects， the construction of lightning protection systems is one of the key links and an important system to ensure the safety of water conservancy projects. Under the impetus of the development of modern information technology， the construction of automated lightning protection systems has become the main development direction. Effectively improve the operating efficiency of the lightning protection system. Therefore， in-depth research and analysis of lightning protection measures for electrical automation systems of water conservancy projects are carried out， and some reasonable opinions and measures are proposed to further promote the safety of water conservancy projects in my country.

[Keywords]water conservancy project; lightning protection construction; electrical automation system; lightning protection measures; optimization strategy

在我國電氣自動(dòng)化系統(tǒng)快速發(fā)展的背景下，在我國水利工程建設(shè)中的應(yīng)用，能夠提高水利工程建設(shè)與管理效率，從而促進(jìn)我國水利工程高標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。在水利工程電氣系統(tǒng)運(yùn)行過程中，如果發(fā)生強(qiáng)烈的雷電天氣，在沒有完善的防雷措施情況下會(huì)因雷電導(dǎo)致電氣系統(tǒng)受到嚴(yán)重的破壞，不僅會(huì)對電氣系統(tǒng)造成影響，還會(huì)導(dǎo)致管理人員生命財(cái)產(chǎn)安全受到威脅。因此，在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)過程中，必須做好防雷保護(hù)措施，保證水利工程建設(shè)質(zhì)量和安全性提升。

1 水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷必要性分析

防雷措施在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中具有重要的作用，是保障水利工程運(yùn)行安全的必要措施。在我國水利工程建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大的背景下，我國水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)也在不斷完善，但是因?yàn)樗畮?、水電站等工程建設(shè)規(guī)模較大，且大都建設(shè)在雷電高發(fā)區(qū)域，在運(yùn)行過程中容易受到雷擊的影響和破壞，所以必須加強(qiáng)防雷措施建設(shè)，提高水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)運(yùn)行安全性。根據(jù)我國水利工程實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來看，較易發(fā)生的雷擊事故主要可以分為以下幾種類型。

（1）直擊雷。直擊雷是最為常見的雷電類型，破壞力較強(qiáng)，會(huì)在基礎(chǔ)底面的金屬物后形成較高的對地電壓，從而對地面設(shè)備造成破壞。

（2）球狀雷。球狀雷大都出現(xiàn)在雷暴天氣中，其表面會(huì)出現(xiàn)亮度極高的白光或紅光火球，具有較強(qiáng)的破壞性。

（3）雷電入侵波。雷電會(huì)入侵水利工程中的金屬管道或輸配電線路，電氣線路和設(shè)備的絕緣層會(huì)遭到嚴(yán)重的破壞。

（4）雷電感應(yīng)。雷電感應(yīng)分為靜電感應(yīng)與電磁感應(yīng)兩種類型，當(dāng)感應(yīng)強(qiáng)度達(dá)到電氣系統(tǒng)能夠承受的閾值時(shí)，就會(huì)對其造成嚴(yán)重的破壞。

水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的UPS通常具有過電壓保護(hù)功能，但是因?yàn)槔纂姷娜肭植ɑ蚶纂姼袘?yīng)所產(chǎn)生的功率會(huì)超過水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)UPS的壓敏電阻承受閾值，所以會(huì)導(dǎo)致UPS和其后接入微電子設(shè)備被破壞。由此可見，防雷系統(tǒng)對于水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)具有重要作用，是保障電氣系統(tǒng)使用安全的重要措施，能夠彌補(bǔ)水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)自身過電壓保護(hù)措施的不足，從而提升整體保護(hù)效果。

2 當(dāng)前水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施存在的問題分析

通過上文分析可以明確防雷措施對于水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)的重要性，但是因?yàn)槿狈?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)前我國部分地區(qū)的水利工程中所采用的防雷措施不夠完善，防雷整體效果不足，導(dǎo)致水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)以及電氣設(shè)備被嚴(yán)重破壞。主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 防雷措施缺乏科學(xué)規(guī)劃

防雷措施是一項(xiàng)系統(tǒng)性工程，必須結(jié)合水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)實(shí)際情況，滿足其安全運(yùn)行需求。但是我國部分地區(qū)的水利工程建設(shè)中所采用的防雷措施缺乏科學(xué)規(guī)劃，沒有做到與水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)際建設(shè)相匹配，只是簡單借鑒其他地區(qū)的防雷系統(tǒng)。但是因?yàn)椴煌貐^(qū)的雷電天氣發(fā)生情況不同，所采用的防雷措施如果沒有經(jīng)過科學(xué)的規(guī)劃、設(shè)計(jì)與部署，會(huì)導(dǎo)致其實(shí)際效果受到很大影響。

2.2 防雷措施過于簡單

隨著我國水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)不斷完善，水利工程中的線路、電氣設(shè)備以及自動(dòng)化控制系統(tǒng)逐漸增多，傳統(tǒng)的防雷措施已經(jīng)難以滿足實(shí)際保護(hù)需求，過于簡單的防雷措施所能提供的保護(hù)效果較為有限。當(dāng)發(fā)生強(qiáng)烈雷電天氣時(shí)，簡單的防雷措施無法有效保護(hù)自動(dòng)化電氣系統(tǒng)和電氣設(shè)備，致使其遭到嚴(yán)重的破壞，是當(dāng)前我國水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)建設(shè)中存在的主要問題。所以必須根據(jù)水利工程的電氣系統(tǒng)和電氣設(shè)備特點(diǎn)，對現(xiàn)有的防雷設(shè)施進(jìn)行升級和改造。

2.3 防雷措施自動(dòng)化不足

防雷措施作為一項(xiàng)獨(dú)立的系統(tǒng)，在現(xiàn)代信息技術(shù)的推動(dòng)下，防雷系統(tǒng)也得到相應(yīng)的發(fā)展。通過將防雷系統(tǒng)與自動(dòng)化系統(tǒng)相結(jié)合的方式，能夠有效提升防雷系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行效果。但是因?yàn)槿狈?shí)踐檢驗(yàn)，當(dāng)前我國水利工程中所采用的防雷系統(tǒng)在自動(dòng)化程度方面還有著很大的不同，基本以防雷設(shè)施為主，沒有形成能夠自動(dòng)化控制的管理模式，從而導(dǎo)致防雷系統(tǒng)應(yīng)對雷電破壞的能力不足，不能根據(jù)實(shí)際情況作出相應(yīng)的調(diào)整和變化，嚴(yán)重影響防雷措施對水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的保護(hù)效果。

3 水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)有效防雷措施分析

為了提升水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷保護(hù)效果，需要對當(dāng)前所采用的防雷措施進(jìn)行創(chuàng)新，結(jié)合水利工程實(shí)際建設(shè)情況做好防雷保護(hù)工作。

3.1 接地與屏蔽保護(hù)措施

盡管水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)中采用接地與屏蔽保護(hù)措施是較為傳統(tǒng)的方法，但是其具有良好防雷效果，同時(shí)建設(shè)成本較低，能夠全面提高防雷工程建設(shè)質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

（1）在接地保護(hù)措施的應(yīng)用方面，接地保護(hù)措施是防雷措施中最為實(shí)用、效果最好的一種方式，且因?yàn)榻拥氐姆览仔Чc接地電阻之間有著密切的關(guān)系，接地電阻值越小，則過電壓值越低，阻值越小其價(jià)格會(huì)有所提高，所以在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的接地保護(hù)措施中，需要充分考慮到接地保護(hù)的經(jīng)濟(jì)效益，盡量降低接地保護(hù)措施造價(jià)。水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的接地保護(hù)應(yīng)用重點(diǎn)為中控室、涵閘以及泵站，因?yàn)檫@三者電氣自動(dòng)化控制設(shè)備數(shù)量較多，且是水利工程的核心區(qū)域，所以需要做好防雷接地保護(hù)，同時(shí)在接地系統(tǒng)中安裝放電器或擊穿保護(hù)裝置，能夠起到良好的保護(hù)效果。

（2）屏蔽保護(hù)措施在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷措施中也具有良好的效果，其主要原理為等電位法拉第籠，在電氣設(shè)備周圍建設(shè)金屬防護(hù)籠，金屬防護(hù)籠能夠通過等電位高壓原理將雷電產(chǎn)生的高壓電隔離在外部，從而能夠起到良好的屏蔽效果。所以在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷保護(hù)中，可以通過建設(shè)金屬防護(hù)籠的方式，將建筑與金屬底板相裂解，使調(diào)度室、中控室等電氣設(shè)備較多區(qū)域的自動(dòng)化控制系統(tǒng)能夠與外部構(gòu)成一個(gè)完整的金屬籠空間，能夠起到良好的防雷效果。

3.2 瞬態(tài)電壓抑制器防雷措施

瞬態(tài)電壓抑制器—TVS管在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷工程中的應(yīng)用，能夠起到良好的防雷效果。瞬態(tài)電壓抑制器—TVS管是一種二極管形式的高效能保護(hù)器件，能夠在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)遭受雷擊時(shí)以10s量級左右的速度將自身兩級高抗組轉(zhuǎn)變?yōu)榈涂菇M，從而能夠吸收雷電產(chǎn)生的浪涌高電壓和電能，對水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)能夠起到良好的保護(hù)作用。瞬態(tài)電壓抑制器—TVS管自身具有較好的防護(hù)功能，能夠有效避免因瞬間高電壓脈沖對處理器或單片機(jī)造成的破壞，同時(shí)具有良好的吸收效果，且抗干擾能力較強(qiáng)，適合在多種條件下使用，使得其能夠在水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷工程中發(fā)揮出良好的效果。當(dāng)水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)電氣設(shè)備出現(xiàn)過壓問題時(shí)，瞬態(tài)電壓抑制器—TVS管就能夠自動(dòng)運(yùn)行，防止雷電對電氣系統(tǒng)和電氣設(shè)備造成更大的破壞。但是這種保護(hù)裝置價(jià)格較高，所以不適合大面積采用，可以將其安裝在重點(diǎn)保護(hù)區(qū)域，如中控室等，在保證防雷效果的基礎(chǔ)上，通過整體規(guī)劃能夠降低防雷工程成本。

3.3 UPS過電壓保護(hù)

不間斷電源（Uninterruptible Power Supply UPS）過電壓保護(hù)是較為常見的水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施，UPS具有儲能裝置，能夠?yàn)樗こ屉姎庾詣?dòng)化系統(tǒng)提供穩(wěn)定的電源支持，但是根據(jù)實(shí)際建設(shè)經(jīng)驗(yàn)來看，僅裝有壓敏電管的UPS在部分情況下無法有效滿足水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的防雷需求。因此，本文結(jié)合實(shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，建議水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)采用四級保護(hù)模式，利用三極氣體放電管、壓敏電阻、TVS管以及限流模塊組成四級保護(hù)措施，能夠提高單一的UPS保護(hù)效果，從而當(dāng)雷擊問題發(fā)生時(shí)，各個(gè)模塊能夠協(xié)同工作，起到更好的保護(hù)作用，是提升水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷保護(hù)效果的重要方式。

3.4 三合一防雷器

三合一防雷器也就是監(jiān)控多功能防雷箱，主要是利用電磁脈沖實(shí)現(xiàn)防雷目標(biāo)。在三合一防雷器中，主要有視頻線路防雷器、電源防雷器和控制線路防雷器，將多種防雷設(shè)備的功能集中為一體，適合水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)基本特點(diǎn)，能夠起到更好的保護(hù)效果。針對自動(dòng)化系統(tǒng)的視頻線路、電源、控制線路以及電氣設(shè)備等能夠提供高質(zhì)量的防雷保護(hù)，其能夠?qū)λこ淌覂?nèi)和室外多種不同電氣設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視，同時(shí)因?yàn)閷⑷N防雷設(shè)施采用多級串聯(lián)的結(jié)構(gòu)方式，能夠使其具有多級防雷效果。

3.5 設(shè)備機(jī)房需要采用三級防雷措施

除上述多項(xiàng)防雷措施之外，需要加強(qiáng)對水利工程的設(shè)備機(jī)房防雷保護(hù)，因?yàn)橐坏┰O(shè)備機(jī)房遭受雷擊，會(huì)導(dǎo)致整體系統(tǒng)和電力設(shè)備遭到嚴(yán)重的破壞，且因?yàn)樵O(shè)備機(jī)房具有電氣系統(tǒng)復(fù)雜、電氣設(shè)備較多的特點(diǎn)，是水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的核心區(qū)域。因此，在設(shè)備機(jī)房中可以采用三級防雷措施，主要包括以下內(nèi)容。

（1）一級防雷措施。需要在設(shè)備機(jī)房的動(dòng)力電源輸入線輸入端中設(shè)置火花間隙、氣體放電管等防雷設(shè)備，從而保證線路中經(jīng)過高強(qiáng)度的感應(yīng)雷、直擊雷等能量能夠被充分消耗，降低雷擊產(chǎn)生的能量沖擊，從而能夠更好地保護(hù)設(shè)備機(jī)房中的電氣設(shè)備。

（2）二級防雷措施。在完成一級防雷措施處理后，需要在設(shè)備機(jī)房中安裝低壓避雷器完成二級防護(hù)，低壓避雷器能夠?qū)⒗纂姰a(chǎn)生的高壓電降低到2000 V之內(nèi)，從而能夠降低雷擊的破壞程度。但是在安裝時(shí)需要將低壓避雷器與一級保護(hù)裝置的安裝距離控制在10 m以上，使得經(jīng)過一級防雷裝置的殘余雷電能量能夠進(jìn)一步衰減。

（3）三級防雷措施。在水利工程的設(shè)備機(jī)房內(nèi)，采用安裝低通濾波器的方式構(gòu)建第三道防雷保護(hù)系統(tǒng)，能夠起到良好的保護(hù)作用，但是同樣需要與低壓避雷器安裝距離控制在10 m以上，并且需要盡量靠近電氣自動(dòng)化系統(tǒng)，從而能夠起到更好的保護(hù)效果，降低雷電對水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)的影響和破壞。

4 結(jié)束語

綜上所述，本文全面闡述了水利工程電氣自動(dòng)化系統(tǒng)防雷措施的重要性，并對當(dāng)前防雷工程建設(shè)中存在的問題進(jìn)行了分析，最后提出多項(xiàng)有效的防雷措施，希望能夠?yàn)槲覈こ屉姎庾詣?dòng)化系統(tǒng)建設(shè)起到一定的借鑒和幫助作用，不斷提高水利工程防雷保護(hù)工程質(zhì)量，保證我國水利工程建設(shè)安全性的提高。

參考文獻(xiàn)

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