水利工程电气自动化系统防雷措施的应用研究
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摘 要：自始至终，我国都在发展当中，无论是经济的增长，还是科学技术的不断创新与进步，尤其是在水利工程方面取得了特别大的成果和业绩，各种水利工程层出不穷，规模同样也越来越大，电气自动化系统的采用和实施，更是使我国的水利工程呈阶梯式的发展。但是有利就有弊，水利工程中电气自动化发挥作用的同时，还可能遭受雷击的风险，我们一定要重视这个问题，基于此，本文通过研究水利工程电气自动化系统防雷的必要性，雷击的类型和防雷的具体措施进行了详细的分析，为了推动我国水利工程整体行业持续稳定健康的发展与进步，希望给读者带来一些借鉴的经验和启发。
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
对于地方的经济发展和社会整体的发展进步方面来说，水利工程的建设有着重要的作用，不可替代。目前我国在很多地方都建立了等级和规模不同的水利工程，各个地方的政府也积极的配合，在水利工程中投入了巨资，这些水利工程大部分都是建立在比较偏远的地区，例如山区和林区，这种地区的地势落差非常大，而水利设施正是利用这个特点来进行蓄洪和发电。同时，这些地区也极易遭受雷电的攻击，导致整个水利工程中的自动化系统遭到破坏，设备出现故障，难以运行。所以如果想保证水利工程中电气自动化系统的正常运行，必须要重视和采用有效的方法和合理的手段制定防雷措施。
2 雷击类型
2.1 直击雷
直击雷是一种破坏能力特别高的雷击类型，它会直接击打在人或者是动物的身上，造成致命的伤害，所以必须要重视起来。直击雷是在云层中形成，往往雷击的目标是地上比较突出的金属物体，一旦直击雷击中水利工程的电气自动化设备，那么电流就会沿着设备传到地下，产生极大的电压，造成无法估量的破坏。
2.2 球状雷
球状雷绝大部分都是在雷雨天气中所形成，所以只要出现雷雨天气就可能会发生雷击，通常球状雷会发出刺眼的光芒，红色或是白色，像用一个火球一样。水利工程中，难免会有门窗通道，烟囱这一类设施，球状雷就会通过这些设施对其电气自动化设备进行破坏，和直击雷相比较，球状雷的危险更大一些。
2.3 雷电侵入波
雷电在击打的时候同时伴随着大量的电流，这些电流传导进入地下或是通过电线和金属管道传入自动化设备中，这都会使电气自动化设备的绝缘性被削弱，严重的时候会使其绝缘性直接消失，一旦电流在低压和高压之间流通的时候，特别容易发生触电情况，这会给水利工程带来极其严重的经济损失。
2.4 雷电感应
雷电和导体之间会形成一种化学感应，这就叫做雷电感应，雷电感应有两种比较常见的类型，第一种是电磁感应，第二种是静电感应。静电感应发生时，地面一定会有比较突出的物体，物体感应到电荷，从而与雷云进行相互吸引，雷电的电波在物体中进行传导，对电气自动化设备造成破坏。电磁感应是雷电与导体之间发生感应形成火花，对设备造成不可逆的损害。
3 防雷措施
3.1 选用瞬态电压抑制器—TVS管
TVS管独特的二极管结构样式使其成为了高能效的保护器件，TVS管的工作原理是对浪涌功率进行吸收，如果被雷击中，TVS管就会受到剧烈的冲击，而且其两端的方向是相反的，这就使其两端的高阻抗瞬间变成低阻抗，速度极快，最高可以达到12秒量级，可以把几千瓦的浪涌功率吸收，让两级的电压尽量平衡，达到一个预定值，能够保护电子线路中各种不同的元器件，避免其被浪涌脉冲破坏。
把TVS管加在电源线或者信号上，能够有效的防止静电放电效应和电源的开关所产生噪音而导致的失灵。静电放电效应放出的脉冲最高可以达到六十安，电压超过一万伏，最长时间能够持续十毫秒，对于一般的TTL器件来说，超过三十毫秒的十伏脉冲就会使其损坏，而TVS管则不会出现这种状况，吸收强大的脉冲，消除总线之间的干扰。
应用TVS管的典型防雷方案
3.2 UPS过电压保护
雷电侵入波沿着电源线进入室内之后，会导致电源的电压短时间内急速的升高到一定的程度，破坏UPS及后接设备。尽管部分UPS中安装了压敏电阻，但是对于保护自己和后接微电子设备还是很困难。那么要想保护UPS或电源不被雷击而损坏，四级保护是一种最好的办法，所谓的四级保护有四个层次，第一级用三级气体放电管，可以限制比较大的雷电一直到之后的保护系统能够承受的程度，第二级用限流模塊，第三级用压敏电阻，最后的第四级用TVS管，这四级保护可以有效的保护电气自动化设备。
UPS不间断电源原理图
3.3 监控监视设备过电压保护—三合一防雷器
三合一防雷器又叫做组合防雷器，也有人称其为监控多功能防雷箱，其中包含电源防雷器，控制线路防雷器，视频线路防雷器，结构上采用的是多级串联，在使用的时候要注意与地面的连接。三合一防雷器不仅可以对电气自动化系统进行防雷，还可以使室内的监控设备达到电磁脉冲击的最大幅度之上。
3.4 做好接地和屏蔽
接地：电压和电阻成正比关系，接地的电阻越小，过电压就越低，所以要尽可能的降低接地电阻。在水利工程中，泵站和涵闸中控室内通信控制设备要做到和其他的动力装置共用接地网，如果有条件的话，直接和防雷接地网连接。在中控室内，应该敷设均压带和环形接地母线，还要设置接地网的设备装置，可以通过放电器或者击穿保护器来让其与工程地网进行连接来保证受到雷击时能够平衡电量。
屏蔽：中控室的金属地板与钢筋应该相互焊接来减少雷电电磁的干扰，如果工程更为浩大，对电气自动化的设备要求就要相应的增高，所以必须敷设金属屏蔽网，使环形接地母线和金属屏蔽网均匀连接，室外通信电缆和架空电力线都要换成屏蔽电缆，室外通信电缆要保持两端接地。电缆在进入室内之前要做好屏蔽工作，应埋地10m以上，深度大于0.6m，非屏蔽电缆也要埋地10m以上，但是必须穿镀锌铁管，为了防雷效果最好，还可以在室外的人口端将铁管和电力线之间加压敏电阻。
3.5 综合性防雷措施
除了采用上文所提到的接地和保护措施之外，还应该在其他位置进行有效的防雷保护。可以在RTU装置上尽心安装信号线过电压保护器，对RTU装置进行有效的保护，而配电变压器无论高压还是低压处，都要进行安装金属氧化物避雷器，使三点保持共同接地，剩下的控制和通讯线也同样要安装过电压保护器。近期以来的水库泵站与涵闸工程中，凡是采用这些防雷设备和接地措施，按照要求进行安装过电压保护器的设备都没有出现过事故，均安然无恙。
4 结语
通过上文所述，目前我国的水利工程中，电气自动化系统的作用已经展现出来，正在逐渐的进行深入，那么水利工程的整体运作也必须做出发展和创新，现在的水利工程发展迅速，越来越趋向于智能化和简单化，这都是电气自动化设备的功劳，但是在电气自动化设备运行的同时也会发生故障，雷击就是其中一个不可忽视的因素。所以在电气自动化系统中采用TVS管，对UPS进行过电压保护，使用三合一防雷器，和各种过电压保护器会有效的预防雷击造成的损失，同时也不能忽视接地和屏蔽，相辅相成，采用多种手段进行有效的防雷，进而保证水利工程的顺利进展。
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