泵站自動(dòng)控制系統(tǒng)防雷措施探討

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摘要：闡述泵站逐步采用了自動(dòng)化控制方式，以PLC為基礎(chǔ)構(gòu)建監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，難以承載激烈的瞬態(tài)過電壓狀態(tài)。當(dāng)泵站受到雷電的沖擊，需要對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)采用適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

關(guān)鍵詞：控制系統(tǒng);防雷;過電壓;接地措施

引言

雷電危害途徑能夠細(xì)致劃分為五大類別：（1）直擊雷：雷電作用于建筑物、樹木等處，因?yàn)榇嬖谝欢ǖ臒犭娦?yīng)，所以物體會(huì)出現(xiàn)一定的損害。（2）靜電感應(yīng)：通常情況下，對(duì)線路來(lái)說，雷云之下的高壓架空線路，能夠感應(yīng)處于300～400kV范圍內(nèi)的過電壓；即便處于電信線路中，也能夠感應(yīng)處于40～60kV區(qū)間中的過電壓。（3）電磁感應(yīng)：當(dāng)發(fā)生雷電時(shí)，引下線附近將會(huì)引發(fā)磁場(chǎng)，此時(shí)，金屬管線將會(huì)出現(xiàn)瞬間過電壓的情況。（4）地電位反擊：借助避雷網(wǎng)的作用，直擊雷將會(huì)接地，此時(shí)，地網(wǎng)地電位逐步提高，高電壓會(huì)作用于電子設(shè)備，由此引發(fā)反擊情況。（5）雷電波侵入：由于受到直擊雷的作用，電源線會(huì)加載一定的過電壓于線路之中，所以設(shè)備會(huì)受到一定的損害。

1瞬態(tài)過電壓對(duì)自控設(shè)備的危害

當(dāng)對(duì)泵站進(jìn)行實(shí)際設(shè)計(jì)的過程中，均會(huì)關(guān)注于對(duì)直擊雷進(jìn)行必要的防護(hù)。絕大多數(shù)自動(dòng)化控制系統(tǒng)均處于廠房?jī)?nèi)部，網(wǎng)絡(luò)線則設(shè)定于電纜溝內(nèi)部，故而，基本不可能受到直接雷擊。基于十分經(jīng)典的雷電電磁脈沖理論可以得知：如果發(fā)生了設(shè)備損壞，則很可能源于雷電感應(yīng)浪涌電壓的作用，這種電壓為特殊的尖峰沖擊電壓，學(xué)者們一般也將其稱之為瞬態(tài)過電壓。其能夠基于電源線、通信線等，將一定的感應(yīng)浪涌電壓波，引入至某特定的設(shè)備當(dāng)中，并損傷電源模板、I/0模板，使其難以保持順利運(yùn)行。去年我處即遇到這一情況，瞬態(tài)過電壓致使網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)（SWITCH）、集線器（HUB）、計(jì)算機(jī)電源以及部分顯示器均遭損壞。

2泵站自控系統(tǒng)防雷措施

基于上述內(nèi)容能夠得知，我處當(dāng)前建立的雷電防護(hù)體系，已無(wú)法切實(shí)滿足日益提高的安全要求，故而，必須有效預(yù)防直擊雷、有效預(yù)防地電位反擊等，將有源防護(hù)緊密銜接于無(wú)源防護(hù)，構(gòu)建科學(xué)完善的三維防護(hù)體系。綜合來(lái)看，首先，需要自配電系統(tǒng)、天饋系統(tǒng)等方面著手，再借助于接閃、均壓、接地等一系列方式，充分保護(hù)泵站現(xiàn)有的自控系統(tǒng)。

2.1自控配電系統(tǒng)的防雷

如果雷擊作用于輸電線路周邊，則必將產(chǎn)生一定的雷電沖擊波，而且很可能和工頻回路發(fā)生耦合的情況，這樣即能夠損傷到電源模塊，故而，對(duì)自控系統(tǒng)來(lái)說，如果其想要有效防雷，必須先保護(hù)自己的配電線路。當(dāng)前時(shí)期，如果選用三級(jí)浪涌電壓保護(hù)器，將能夠達(dá)到良好的防雷效果，但必須將電源用線完全獨(dú)立于照明用線。其分布方式具體如下：（1）第一級(jí)，一般處于變壓器二次側(cè)的三根相線等位置，依次接地，旨在外放相對(duì)較高的過電壓，雷通量顯著，然而，避雷器啟動(dòng)時(shí)存在相對(duì)較大的分散電容，和負(fù)載彼此分流，通常情況下，其所釋放的殘壓高為啟動(dòng)電壓的2～2.5倍。（2）第二級(jí)，一般處于PLC處的三根相線等位置，依次接地，旨在外泄前面一級(jí)的殘壓，不會(huì)受到來(lái)源于電磁干擾等諸多因素的種種局限。（3）第三級(jí)，一般處于PLC的相線等位置，依次接地，旨在外泄前面兩級(jí)的殘壓，保護(hù)相關(guān)設(shè)備不會(huì)受到來(lái)源于過電壓的干擾。目前，我處的各大泵站都已采用德國(guó)OBOBETTERMANN公司的電源防雷器在線路上進(jìn)行保護(hù)，在今年的幾次雷擊中，效果明顯，未發(fā)生因雷擊事故而造成的設(shè)備損壞。

2.2信號(hào)系統(tǒng)與天饋系統(tǒng)防雷

自控系統(tǒng)信號(hào)線主要選用十分特殊的屏蔽雙絞線，主要選用穿管鋪設(shè)的方式，在此條件下，雷電所達(dá)到的感應(yīng)電壓處于l～2kV的區(qū)間中，然而，其能夠進(jìn)入PLC的通信口(電壓處于5～48V的范圍內(nèi))，也許會(huì)引發(fā)顯著損傷。需要注意，計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)交換過程中，大約為數(shù)十兆赫茲，而在對(duì)避雷器進(jìn)行實(shí)際選擇的過程中，應(yīng)當(dāng)選擇專用信號(hào)SPD。這是由于，若通信電纜感應(yīng)雷釋放了一定的瞬態(tài)過電壓，則此情況下，雷電流能夠基于SPD支路接地，SPD的輸出限制在設(shè)備的允許電壓上。泵站間的無(wú)線電通信功率低，其連接線都采用同軸電纜。對(duì)天線的防雷主要是選用天饋線路SPD，用來(lái)抑制從天線引入的雷電波，它采用波道分流技術(shù)，將雷電流和有用的信號(hào)分開。當(dāng)受到雷擊時(shí)快速有效地將感應(yīng)雷電流通過雷電支路泄放到大地。目前我處采用的是德國(guó)OBOBETTERMANN公司的信號(hào)防雷器，經(jīng)過觀察測(cè)試，取得了良好的效果，該防雷器工作穩(wěn)定，對(duì)自控信號(hào)線路進(jìn)行了有效的保護(hù)。

2.3屏蔽、等電位處理

值得一提的是，泵站控制室內(nèi)的通信電纜，需要盡可能選用屏蔽電纜。與此同時(shí)，控制室還可順著地面設(shè)定一定數(shù)量的銅排，以此構(gòu)建出閉環(huán)接地匯流母排，再將電源地、機(jī)柜外殼等相關(guān)的電位接地，并與其緊密銜接，再將等電位連接線選定為截面處于4～10mm2范圍內(nèi)的銅芯線，即可達(dá)到良好的保護(hù)效果。

2.4合理接地

如果想要有效防雷，必須將雷電流接地。通常情況下，站內(nèi)接地能夠細(xì)致劃分為若干類別，其中包含構(gòu)筑物接地以及計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)接地等。（1）構(gòu)筑物接地主要選用避雷針等，其不僅僅應(yīng)該將建筑物內(nèi)含有的鋼筋結(jié)構(gòu)進(jìn)行接地，還需要連接接地網(wǎng)。這是由于，若只緊密銜接于構(gòu)筑物內(nèi)含有的鋼筋結(jié)構(gòu)，那么，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行焊接的過程中，無(wú)法切實(shí)保障良好的質(zhì)量，發(fā)生雷擊時(shí)，也難以得到實(shí)際的均壓情況，很可能于構(gòu)筑物當(dāng)中引發(fā)強(qiáng)磁場(chǎng)。需要注意，接閃器必須設(shè)定若干引下線，才能夠迅速分流雷電流，這樣有助于降低各個(gè)線路的泄放電流量。除此之外，室內(nèi)計(jì)算機(jī)等設(shè)備不得與避雷網(wǎng)相隔較近。（2）由于配電系統(tǒng)所選用的接地舉措效果顯著，不存在較大問題，本論不做細(xì)致闡述。（3）計(jì)算機(jī)自控系統(tǒng)十分特別，為別具一格的用電系統(tǒng)之一，涉及下述接地方式：①系統(tǒng)工作接地方式；②安全保護(hù)接地方式，這兩種方式的接地電阻均小于獲得等于4Ω；③直流工作接地方式，該方式的接地電阻小于獲得等于2Ω。我處泵站基于當(dāng)前的情況，決定選用聯(lián)合接地的方式，但需要注意的是，接地電阻不得高于或者等于2Ω。（4）三大接地網(wǎng)需要獨(dú)立設(shè)置，這是由于：①大部分的泵站構(gòu)筑物在實(shí)際建設(shè)的過程中，并沒有對(duì)計(jì)算機(jī)等新興的弱電設(shè)備進(jìn)行綜合考量，不僅如此，接閃地與設(shè)備也獨(dú)立設(shè)置。②泵站之中主要選用某特定的接地系統(tǒng)，但因?yàn)橛秒娤鄬?duì)復(fù)雜，該系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行的過程中，也許存在地線電流不等于0的情況。如果選用聯(lián)合接地的方式，那么，計(jì)算機(jī)接地電位將會(huì)提升至Id＝Rd，在此情況下，也許會(huì)出現(xiàn)反擊的情況。③即為新增計(jì)算機(jī)時(shí)，如果想要和構(gòu)筑物之間接地，那么接地電阻必須不得超過0.5Ω，然而，如果想要達(dá)到這一標(biāo)準(zhǔn)，必須耗費(fèi)較高的造價(jià)成本。在地網(wǎng)依次設(shè)置的過程當(dāng)中，需要盡可能預(yù)防各地網(wǎng)彼此間出現(xiàn)閃絡(luò)的情況。發(fā)生雷擊時(shí)，地網(wǎng)和其周邊導(dǎo)體會(huì)引發(fā)相對(duì)較高的電位，如果地網(wǎng)分開，也許會(huì)使接閃接地體向著其余的接地體發(fā)生閃絡(luò)的情況。故而，自控系統(tǒng)接地過程中，各地網(wǎng)彼此間的實(shí)際距離不得低于10m。如果將接地線引入室內(nèi)條件下，則不得和其余的地網(wǎng)相隔較近，可選擇某些絕緣舉措加以保護(hù)。

3結(jié)語(yǔ)

每年必須對(duì)接地電阻進(jìn)行年度的預(yù)防性試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)阻值偏大，要立即上報(bào)上級(jí)主管部門進(jìn)行及時(shí)處理。駱運(yùn)管理處維修養(yǎng)護(hù)中心每年都對(duì)處屬各大泵站的接地電阻進(jìn)行預(yù)防性試驗(yàn)，防范雷擊事故，保障設(shè)備的正常運(yùn)行。

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作者：蔡磊 馮杰 黃建 單位：江蘇省駱運(yùn)水利工程管理處