泵站自动控制系统防雷措施探讨

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摘要：阐述泵站逐步采用了自动化控制方式，以PLC为基础构建监控网络，难以承载激烈的瞬态过电压状态。当泵站受到雷电的冲击，需要对自动化系统采用适当的保护措施。

关键词：控制系统;防雷;过电压;接地措施

引言

雷电危害途径能够细致划分为五大类别：（1）直击雷：雷电作用于建筑物、树木等处，因为存在一定的热电效应，所以物体会出现一定的损害。（2）静电感应：通常情况下，对线路来说，雷云之下的高压架空线路，能够感应处于300～400kV范围内的过电压；即便处于电信线路中，也能够感应处于40～60kV区间中的过电压。（3）电磁感应：当发生雷电时，引下线附近将会引发磁场，此时，金属管线将会出现瞬间过电压的情况。（4）地电位反击：借助避雷网的作用，直击雷将会接地，此时，地网地电位逐步提高，高电压会作用于电子设备，由此引发反击情况。（5）雷电波侵入：由于受到直击雷的作用，电源线会加载一定的过电压于线路之中，所以设备会受到一定的损害。

1瞬态过电压对自控设备的危害

当对泵站进行实际设计的过程中，均会关注于对直击雷进行必要的防护。绝大多数自动化控制系统均处于厂房内部，网络线则设定于电缆沟内部，故而，基本不可能受到直接雷击。基于十分经典的雷电电磁脉冲理论可以得知：如果发生了设备损坏，则很可能源于雷电感应浪涌电压的作用，这种电压为特殊的尖峰冲击电压，学者们一般也将其称之为瞬态过电压。其能够基于电源线、通信线等，将一定的感应浪涌电压波，引入至某特定的设备当中，并损伤电源模板、I/0模板，使其难以保持顺利运行。去年我处即遇到这一情况，瞬态过电压致使网络交换机（SWITCH）、集线器（HUB）、计算机电源以及部分显示器均遭损坏。

2泵站自控系统防雷措施

基于上述内容能够得知，我处当前建立的雷电防护体系，已无法切实满足日益提高的安全要求，故而，必须有效预防直击雷、有效预防地电位反击等，将有源防护紧密衔接于无源防护，构建科学完善的三维防护体系。综合来看，首先，需要自配电系统、天馈系统等方面着手，再借助于接闪、均压、接地等一系列方式，充分保护泵站现有的自控系统。

2.1自控配电系统的防雷

如果雷击作用于输电线路周边，则必将产生一定的雷电冲击波，而且很可能和工频回路发生耦合的情况，这样即能够损伤到电源模块，故而，对自控系统来说，如果其想要有效防雷，必须先保护自己的配电线路。当前时期，如果选用三级浪涌电压保护器，将能够达到良好的防雷效果，但必须将电源用线完全独立于照明用线。其分布方式具体如下：（1）第一级，一般处于变压器二次侧的三根相线等位置，依次接地，旨在外放相对较高的过电压，雷通量显著，然而，避雷器启动时存在相对较大的分散电容，和负载彼此分流，通常情况下，其所释放的残压高为启动电压的2～2.5倍。（2）第二级，一般处于PLC处的三根相线等位置，依次接地，旨在外泄前面一级的残压，不会受到来源于电磁干扰等诸多因素的种种局限。（3）第三级，一般处于PLC的相线等位置，依次接地，旨在外泄前面两级的残压，保护相关设备不会受到来源于过电压的干扰。目前，我处的各大泵站都已采用德国OBOBETTERMANN公司的电源防雷器在线路上进行保护，在今年的几次雷击中，效果明显，未发生因雷击事故而造成的设备损坏。

2.2信号系统与天馈系统防雷

自控系统信号线主要选用十分特殊的屏蔽双绞线，主要选用穿管铺设的方式，在此条件下，雷电所达到的感应电压处于l～2kV的区间中，然而，其能够进入PLC的通信口(电压处于5～48V的范围内)，也许会引发显著损伤。需要注意，计算机数据交换过程中，大约为数十兆赫兹，而在对避雷器进行实际选择的过程中，应当选择专用信号SPD。这是由于，若通信电缆感应雷释放了一定的瞬态过电压，则此情况下，雷电流能够基于SPD支路接地，SPD的输出限制在设备的允许电压上。泵站间的无线电通信功率低，其连接线都采用同轴电缆。对天线的防雷主要是选用天馈线路SPD，用来抑制从天线引入的雷电波，它采用波道分流技术，将雷电流和有用的信号分开。当受到雷击时快速有效地将感应雷电流通过雷电支路泄放到大地。目前我处采用的是德国OBOBETTERMANN公司的信号防雷器，经过观察测试，取得了良好的效果，该防雷器工作稳定，对自控信号线路进行了有效的保护。

2.3屏蔽、等电位处理

值得一提的是，泵站控制室内的通信电缆，需要尽可能选用屏蔽电缆。与此同时，控制室还可顺着地面设定一定数量的铜排，以此构建出闭环接地汇流母排，再将电源地、机柜外壳等相关的电位接地，并与其紧密衔接，再将等电位连接线选定为截面处于4～10mm2范围内的铜芯线，即可达到良好的保护效果。

2.4合理接地

如果想要有效防雷，必须将雷电流接地。通常情况下，站内接地能够细致划分为若干类别，其中包含构筑物接地以及计算机自控系统接地等。（1）构筑物接地主要选用避雷针等，其不仅仅应该将建筑物内含有的钢筋结构进行接地，还需要连接接地网。这是由于，若只紧密衔接于构筑物内含有的钢筋结构，那么，当对其进行焊接的过程中，无法切实保障良好的质量，发生雷击时，也难以得到实际的均压情况，很可能于构筑物当中引发强磁场。需要注意，接闪器必须设定若干引下线，才能够迅速分流雷电流，这样有助于降低各个线路的泄放电流量。除此之外，室内计算机等设备不得与避雷网相隔较近。（2）由于配电系统所选用的接地举措效果显著，不存在较大问题，本论不做细致阐述。（3）计算机自控系统十分特别，为别具一格的用电系统之一，涉及下述接地方式：①系统工作接地方式；②安全保护接地方式，这两种方式的接地电阻均小于获得等于4Ω；③直流工作接地方式，该方式的接地电阻小于获得等于2Ω。我处泵站基于当前的情况，决定选用联合接地的方式，但需要注意的是，接地电阻不得高于或者等于2Ω。（4）三大接地网需要独立设置，这是由于：①大部分的泵站构筑物在实际建设的过程中，并没有对计算机等新兴的弱电设备进行综合考量，不仅如此，接闪地与设备也独立设置。②泵站之中主要选用某特定的接地系统，但因为用电相对复杂，该系统在实际运行的过程中，也许存在地线电流不等于0的情况。如果选用联合接地的方式，那么，计算机接地电位将会提升至Id＝Rd，在此情况下，也许会出现反击的情况。③即为新增计算机时，如果想要和构筑物之间接地，那么接地电阻必须不得超过0.5Ω，然而，如果想要达到这一标准，必须耗费较高的造价成本。在地网依次设置的过程当中，需要尽可能预防各地网彼此间出现闪络的情况。发生雷击时，地网和其周边导体会引发相对较高的电位，如果地网分开，也许会使接闪接地体向着其余的接地体发生闪络的情况。故而，自控系统接地过程中，各地网彼此间的实际距离不得低于10m。如果将接地线引入室内条件下，则不得和其余的地网相隔较近，可选择某些绝缘举措加以保护。

3结语

每年必须对接地电阻进行年度的预防性试验，发现阻值偏大，要立即上报上级主管部门进行及时处理。骆运管理处维修养护中心每年都对处属各大泵站的接地电阻进行预防性试验，防范雷击事故，保障设备的正常运行。

参考文献

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作者：蔡磊 冯杰 黄建 单位：江苏省骆运水利工程管理处