水利工程电气自动化系统防雷措施探讨 王发明

发表时间:2018/5/8   来源:《电力设备》2017年第36期   作者:王发明
[导读] 摘要:近些年电气自动化系统得到广泛应用,其中一个典型的应用领域是我国的各项水利工程,电气自动化系统担负各种水利设备的控制和监视工作,因此一旦出现问题损失非常大。
        (大唐黑龙江新能源开发有限公司  黑龙江省   150028)
        摘要:近些年电气自动化系统得到广泛应用,其中一个典型的应用领域是我国的各项水利工程,电气自动化系统担负各种水利设备的控制和监视工作,因此一旦出现问题损失非常大。在实际运行中雷电是破坏和干扰自动化电气装置的主要原因之一,因此应用于水利工程的电气自动化相关系统必须强化防雷能力,通过多方面防雷措施的运用来提高电气系统在雷雨天的安全系数。
        关键词:水利工程;电气自动化系统;防雷措施
        1水利工程电气自动化系统防雷的必要性
        为了能够较好完成本文就水利工程电气自动化系统防雷展开的相关研究,我们首先需要认识到防雷对于电气自动化系统的必要性。随着近年来水利工程资金投入的不断加大,我国水利工程的自动化程度不断提升,而由于水库、水电站等常见水利工程多处于雷电易发区,这就使得水利工程中的电气自动化系统往往较为容易遭受雷击,导致设备损坏,造成经济损失。因此,对水利工程电气自动化系统防雷的研究十分有必要。
        2雷击类型
        2.1直击雷
        这是一种具有较强破坏力的雷击类型,若直接作用于人、畜的身体,将会使其直接死亡。直击雷形成于云层、地面突出物体之间的放电行为,若是直击雷接触到自动化设备,电流会随着金属物流入地下,进而产生较大的对地电压,发挥出巨大的破坏作用。
        2.2球状雷
        球形雷通常都是在雷暴的天气下发生的,就是一种发出极亮的白光或红光的类似火球一样的东西,他可以通过烟囱、门窗进入室内,这种雷电危险性极高。
        2.3雷电侵入波
        雷电产生的电流除了流入地下,还会进入输电线路、金属管道,借由金属的电流传导作用到达自动化设备中,使电气设备自身的绝缘消失或严重削弱,高压与低压之间流通,发生触电事故。
        2.4雷电感应
        雷电感应分为静电感应和电磁感应。就是发生雷电时与具有导电性的物体形成感应,设备的金属部分发出火花,造成设备损坏。静电感应是由于雷云放电后,地面的凸出物体的上层感应到异性电荷并失去了束缚流窜出来,并随着雷电的电波一起传导,从而,造成设备的损坏。而电磁感应是由于在雷电放出后在四周形成强大的电磁场,金属导体感应到这种磁场的变化,再次放电,就造成电气设备损坏。
        3水利工程电气自动化系统的防雷措施
        3.1通过接地与屏蔽达到防雷目的
        接地与屏蔽是防雷措施中较古老的方法但因其良好的经济性和有效性所以现在依然被广泛应用。
        (1)接地措施的具体运用
        作为最常用的防雷措施,接地的效果大小与接地电阻有很大的关系,因为接地电阻的阻值与过电压值成正比,所以在可能的情况下应尽量压制接地电阻的阻值以控制过电压值。需要注意的是阻值小的接地电阻的价格相对较高,所以在实际配置时应平衡经济效益。具体来说需采取接地措施的自动化控制、通信设备基本位于涵闸、中控室与泵站,这些设备在条件允许的情况下要直连防雷接地网并要和各种水利动力装置共用。
        (2)屏蔽措施的具体运用
        为减少雷电电磁干扰,中控室或调度室的建筑钢筋、金属地板均应相互焊接,形成等电位法拉第笼。设备对屏蔽有较高要求时,中控室应敷设金属屏蔽网,将屏蔽网与机房内环行接地母线均匀多点相连。架空电力线由站内终端杆引下后应更换为屏蔽电缆;室外通信电缆应采用屏蔽电缆,屏蔽层两端要接地;对于既有铠带又有屏蔽层的电缆应将铠带及屏蔽层同时接地,而在另一端只将屏蔽层接地。

电缆进入室内前水平埋地深度应大于0.6m;非屏蔽电缆应穿镀锌铁管并水平埋地1m以上,铁管两端应良好接地。若在室外人口端将电力线与铁管间加接压敏电阻,防雷效果会更好。
        3.2 UPS过电压保护
        对于水利工程电气自动化系统的防雷措施来说,UPS过电压保护同样属于较为常见的措施之一,不过在笔者就UPS过电压保护展开的具体调查研究中发现,单纯装有压敏电管的UPS在很多时候无法满足水利工程电气自动化系统的防雷需求,为此笔者建议在电气自动化系统防雷保护中采用四级保护模式,即使用三极气体放电管、限流模块、压敏电阻、TVS管组成四级保护,这样以往UPS较为容易因雷击破坏的问题就将成为过去,其本身也将更好服务于水利工程电气自动化系统防雷保护。
        3.3选用瞬态电压抑制器-TVS管
        TVS管即瞬态电压抑制器,是一种二极管形式的高效能保护器件,这一器件能够在相关电气自动化系统遭受雷击时迅速的将自身两级的高抗组变为抵抗组,这就使得雷击带来的浪涌功率将由此实现较好吸收,电气自动化系统中的精密器件自然将得以实现较好保护。这种防雷措施有多方面的优点,如极短的响应时间、高上限的瞬态功率、超低的漏电电流、易于控制的箱位电压、偏差很小的击穿电压、较小的体积、几乎无限大的损坏极限等。TVS管特点:(1)将TVS二极管加在信号及电源线上,能防止微处理器或单片机因瞬间的脉冲,如静电放电效应、交流电源之浪涌及开关电源的噪音所导致的失灵。(2)静电放电效应能释放超过10000V、60A以上的脉冲,并能持续10ms;而一般的TTL器件,遇到超过30ms的10V脉冲时,便会导至损坏。利用TVS二极管,可有效吸收会造成器件损坏的脉冲,并能消除由总线之间开关所引起的干扰。(3)将TVS二极管放置在信号线及接地间,能避免数据及控制总线受到不必要的噪音影响。
        TVS管的正向特性与普通二级管相同,反向特性为典型的PN结器件。在瞬态脉冲电流的作用下,流过TVS管的电流,由原来的反向漏电流ID上升到IR时,其两极呈现的电压由额定反向关断电压Uoff上升到击穿电压UBR,TVS管被击穿。随着峰值脉冲电流的出现,流过TVS管的电流达到峰值脉冲电流Ipp,其两极的电压被箝位到预定的最大箝位电压Uc以下;其后,随着脉冲电流按指数衰减,TVS管两极电压不断下降,最后恢复到起始状态。这就是TVS管抑制出现的浪涌脉冲功率,保护电子元件的过程。它对保护装置免遭静电、雷电、操作过电压、断路器电弧重燃等各种电磁波干扰十分有效,可有效地抑制共模、差模干扰,是微电子设备过电压保护的首选器件。
        3.4三合一防雷器应用
        对于水利工程电气自动化系统的防雷来说,三合一防雷器的应用同样能够较好满足这一防雷需求,而这里提到的三合一防雷器本身也可以称之为监控多功能防雷箱。对于这一三合一防雷器来说,其本身能够较好服务于室内外监控设备的雷击电磁脉冲保护,不过这一保护的实现需要做好三合一防雷器的接地,这点需要引起我们重视。
        3.5通过综合性措施达到防雷目的
        雷电可从多重角度引发电气系统损坏,在构建防雷系统时不能只使用单一的措施,要根据具体的防雷需求综合运用多种措施构建出立体化、多重化、整体化的雷电防护网。在实际工程中可以以接地与屏蔽措施为基础在个别设备上加以辅助其他措施。例如如果是配电变压器则需要在高低压侧都加装金属氧化物制的避雷器实现三点的联合接地;如用于通讯与控制的线路、调制解调器等设备要加装过电压保护器加远程数据终端之类的设备,所处位置与显示屏有一定的距离则中间用于连接的信号线也要加装过电压保护器。事实证明这种综合性立体防雷系统的效果非常显著。
        4结语
        现阶段水利工程愈加向着自动化、智能化的方向发展,精密的智能化电气设备的使用使得水利工程具有了更加优秀的运行性能。同时设备越智能化、自动化、精密化,也就越容易出现故障,而雷击便是其中一种最为常见的故障原因。工作人员应选择恰当的措施来防雷,确保水利工程中电气自动化系统的正常运行。
        参考文献:
        [1]简议现代防雷技术的应用[J].栾宝东,覃雪.农村实用科技信息.2013(11)
        [2]新建建筑物防雷装置设计技术评价[J].王民忠.住宅与房地产.2016(09)
        [3]浅谈防雷接地措施在水利工程计算机监控系统的应用[J].柴慧.陕西水利.2016(01)
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