導(dǎo)語：水利工程電氣自動化系統(tǒng)研究一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

【摘要】為提升水資源利用效率，近年來我國水利工程領(lǐng)域發(fā)展迅速，電氣自動化系統(tǒng)在水利工程中的應(yīng)用也日漸廣泛化，相關(guān)研究也因此大量涌現(xiàn)，基于此，本文簡單介紹了常見的水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施，并結(jié)合實例詳細(xì)論述了水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施的具體應(yīng)用，希望由此能夠為相關(guān)業(yè)內(nèi)人士帶來一定啟發(fā)。

【關(guān)鍵詞】水利工程；電氣自動化系統(tǒng)；防雷

電氣自動化系統(tǒng)的應(yīng)用可有效提升水利工程的管理水平，并能夠提供更為準(zhǔn)確水利工程相關(guān)數(shù)據(jù)與信息，但由于我國很多水利工程位于山區(qū)、樹林等雷達(dá)高發(fā)地區(qū)，電氣自動化系統(tǒng)很容易因此受到雷擊的威脅，而為了盡可能降低這一威脅、推動我國水利工程領(lǐng)域發(fā)展，正是本文圍繞水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施開展具體研究的原因所在。

1常見的水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施

1.1應(yīng)用TVS管。TVS管也被稱作瞬態(tài)電壓抑制器，其本質(zhì)上屬于一種二極管形式的高效能保護(hù)器件，在兩級受到反向瞬態(tài)高能量沖擊時吸收高達(dá)數(shù)千瓦的浪涌功率屬于其主要原理，這就使得TVS管可較好保護(hù)電子線路中的精密元器件，而由于TVS管具備漏電流低、響應(yīng)時間快、擊穿電壓偏差小、瞬態(tài)功率大、箝位電壓較易控制、體積小、無損壞極限等特點，這就使得其能夠較好滿足水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷需要，在信號及電源線上、信號線及接地間設(shè)置TVS管屬于較為典型的應(yīng)用方式，而這不僅能夠?qū)崿F(xiàn)電氣自動化系統(tǒng)的防雷，相關(guān)噪音帶來的影響、引發(fā)的失靈問題也能夠由此得以較好避免，圖1為應(yīng)用TVS管的典型防雷方案，由此即可更深入了解TVS管[1]。1.2采用UPS不間斷電源。UPS電源具備較為優(yōu)秀的穩(wěn)壓能力，這使得其能夠在一定程度上實現(xiàn)線路中入侵突變電流或突變電壓的抑制和凈化，水利工程電氣自動化系統(tǒng)的精密元器件自然能夠由此得到較好保護(hù)。而如果出現(xiàn)因雷擊事故引發(fā)的斷電情況，UPS電源能夠經(jīng)過逆變器為電氣自動化系統(tǒng)提供持續(xù)一定時間的電源供給，電氣自動化系統(tǒng)結(jié)合UPS電源發(fā)送的信號將完成系統(tǒng)保護(hù)、不能保存數(shù)據(jù)的處理，電氣自動化系統(tǒng)損壞、數(shù)據(jù)丟失的可能性由此將降到最低。值得注意的是，UPS電源的應(yīng)急供電時間長短與其電源容量有關(guān)，水利工程電氣自動化系統(tǒng)各類數(shù)據(jù)的安全性也會在一定程度上受到應(yīng)急供電時間長短的影響，圖2為UPS不間斷電源原理圖[2]。1.3做好接地和屏蔽。良好的接地和屏蔽同樣屬于較為常見的水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施，以其中的接地為例，一般情況下接地電阻值越小則過電壓值越低，因此可在經(jīng)濟(jì)合理情況下盡可能降低接地電阻。對于水利工程電氣自動化系統(tǒng)的接地來說，可與動力裝置共用接地網(wǎng)并盡可能與防雷接地網(wǎng)直接連接，圍繞機(jī)房敷設(shè)環(huán)形接地母線并在中控室敷設(shè)均壓帶也能夠有效提升接地的防雷能力。水利工程的調(diào)度室或中控室內(nèi)往往存在需要另設(shè)接地網(wǎng)的特殊設(shè)備，這類特殊設(shè)備可通過放電器或擊穿保險器連接工程地網(wǎng)與其接地網(wǎng)，正常時隔離、雷擊時均衡電位目標(biāo)可由此實現(xiàn)，同時還需要遵循業(yè)界規(guī)程嚴(yán)格開展水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷的接地處理。屏蔽可有效降低水利工程電氣自動化系統(tǒng)受到的雷電電磁干擾，調(diào)度室或中控室的金屬地板、建筑鋼筋便需要相互焊接形成等電位法拉第籠。部分水利工程電氣自動化系統(tǒng)設(shè)備對屏蔽存在較高要求，這種情況下需要在中控室敷設(shè)金屬屏蔽網(wǎng)，機(jī)房內(nèi)環(huán)行接地母線則需要與金屬屏蔽網(wǎng)實現(xiàn)多點連接。對于電氣自動化系統(tǒng)相關(guān)的架空電力線來說，其由站內(nèi)終端桿引下后應(yīng)更換為屏蔽電纜，室外通信電纜則需要采用屏蔽層兩端接地的屏蔽電纜。值得注意的是，電纜在進(jìn)入室內(nèi)前需要在0.6m以上埋地深度下水平埋地10m以上，非屏蔽電纜同樣應(yīng)水平埋地10m以上且需要穿鍍鋅鐵管。

2水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施的具體應(yīng)用

2.1工程概況。為提升研究的實踐價值，本文選擇了某地S提水工程作為研究對象，該工程的取水泵站距離水庫大壩約11km，水庫的總庫容、死水位、正常蓄水位分別為5.31億m3、1052.00m、1086.00m，工程設(shè)計提水流量、日供水能力、日供水能力則分別為2.25m3/s、19.44萬t、6060萬m3。工程走線面臨著穿越地層風(fēng)險大、隧洞長、投資大、雷電氣候條件影響嚴(yán)重等制約，為保證S提水工程電氣自動化系統(tǒng)最大化自身效用發(fā)揮，建設(shè)人員基于系統(tǒng)運(yùn)行實際合理選擇了電氣自動化系統(tǒng)的防雷措施。2.2電氣自動化系統(tǒng)運(yùn)行現(xiàn)狀。結(jié)合以往大中型泵站的運(yùn)行經(jīng)驗，采用了“無人值班，少人值守”運(yùn)行方式進(jìn)行泵站的設(shè)計，并選用了基于計算機(jī)監(jiān)控的集中監(jiān)控方式、泵站和35kV降壓站變站合一的管理方式，這使得一個控制室即可完成35kV降壓站與泵站的生產(chǎn)控制，電動機(jī)及其他設(shè)備的安全運(yùn)行監(jiān)視、運(yùn)行參數(shù)與狀態(tài)實時記錄、遠(yuǎn)程操作控制與保護(hù)也能夠統(tǒng)一由控制室完成。其中，F(xiàn)X泵站中控室主要負(fù)責(zé)穿洞泵站電氣設(shè)備及泵組的遠(yuǎn)方監(jiān)控，同時負(fù)責(zé)向PB管理者傳遞兩個泵站的信息，而FX泵站與穿洞泵站均采用了分層分布開放式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的計算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)，系統(tǒng)包括語音報警設(shè)備、GPS時鐘、打印機(jī)、通訊工作站、工程師工作站、主機(jī)兼操作員工作站、數(shù)據(jù)服務(wù)器。FX泵站與穿洞泵站分別設(shè)5臺現(xiàn)地控制單元，且兩臺電動機(jī)設(shè)1臺LCU單元控制級，泵站公用設(shè)備及35kV降壓站設(shè)置1臺公用單元控制級，微機(jī)監(jiān)測儀表、微機(jī)繼電保護(hù)及自動裝置、電動機(jī)無功補(bǔ)償裝置需要與對應(yīng)的單元LCU通信，廠用設(shè)備、各公用設(shè)備、機(jī)組輔助設(shè)備分別采用單獨的可編程控制器（PLC），表1為穿洞泵站應(yīng)用控制要求[3]。而對于電氣自動化系統(tǒng)的繼電保護(hù)自動化來說，設(shè)計人員基于《電力裝置的繼電保護(hù)和自動裝置設(shè)計規(guī)范》（GB/T50062-2008）配置設(shè)計了泵站主要電氣設(shè)備的安全自動裝置和繼電保護(hù)裝置，如電動機(jī)的保護(hù)配置便包括失步保護(hù)、失磁保護(hù)、定子繞阻低電壓保護(hù)、電流速斷保護(hù)、比率制動型縱聯(lián)差保護(hù)、定子繞阻單相短路保護(hù)等。2.3防雷措施選用在S提水工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施的選用中，相關(guān)人員嚴(yán)格遵循了《泵站設(shè)計規(guī)范》（GB50265-2010）、《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計技術(shù)規(guī)程》（SDJ7-79）相關(guān)要求，因此兩個泵站重點關(guān)注了直擊雷保護(hù)、過電壓保護(hù)、接地，具體內(nèi)容如下為：①直擊雷保護(hù)。由于主、副泵房均屬于典型的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，為避免直擊雷造成電氣自動化系統(tǒng)的破壞，工程采用了在屋頂敷設(shè)一圈避雷帶的防直擊雷措施。由于35kV主變壓器布置于戶外且緊靠副泵房，結(jié)合防雷計算，為避免其受到直擊雷威脅，采用了在降壓站附近設(shè)置24m高獨立避雷針的防雷方式，戶外電氣設(shè)備因此便得到了避雷針的較好保護(hù)。此外，為避免35kV架空線引發(fā)直擊雷危害，工程還在35kV架空線的進(jìn)線段架設(shè)了專用避雷線。②過電壓保護(hù)。為實現(xiàn)S提水工程電氣自動化系統(tǒng)的過電壓保護(hù)，工程在電動機(jī)6kV母線、泵站35kV進(jìn)線處裝設(shè)了避雷器，同時還在電動機(jī)進(jìn)線端裝設(shè)了一組避雷器。③接地。采用了自然接地體與人工接地體相結(jié)合的方式，接地系統(tǒng)的泵站聯(lián)合采用計算機(jī)監(jiān)控方式，且35kV降壓站接地、泵站接地和其它電器設(shè)備接地共用一個接地網(wǎng)，接地電阻值≤1Ω。其中，自然接地體包括水工構(gòu)筑物金屬構(gòu)架、攔污柵、各種閘門、出水管線的鋼管和鋼筋、進(jìn)水鋼管等，同時主變場、副廠房、全站主也形成了一個較為完善的接地系統(tǒng)。值得注意的是，人工接地網(wǎng)和自然接地體采用了兩根截面為50mm×6mm的鍍鋅扁鋼接地干線連接，全廠接地系統(tǒng)由此得以構(gòu)成，埋地和埋水鋼筋也為接地裝置為廠內(nèi)主接地網(wǎng)的充分連接提供了支持。在S提水工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施的選用中，兩個泵站內(nèi)布置的各級電壓電氣設(shè)備也得到了重點關(guān)注，而為了進(jìn)一步降低雷電的威脅，電氣設(shè)備通過暗敷與明敷相結(jié)合方式與水平接地干線實現(xiàn)了充分連接，并形成了閉和回路。泵站不同建筑層的水平接地網(wǎng)則采用多根垂直接地干線連接成整體，且同時與接地網(wǎng)連接。此外，為基于結(jié)構(gòu)鋼筋形成屏蔽網(wǎng)，采用了沿廠房柱內(nèi)每隔4～5m距離選定1～2根垂直鋼筋與房頂及地板內(nèi)表層水平鋼筋焊牢的方式，而屏蔽網(wǎng)與接地干線的連接，則保證了整個結(jié)構(gòu)電位均衡。值得注意的是，S提水工程電氣自動化系統(tǒng)的防雷還在壓開關(guān)室、通信室、中控室內(nèi)敷設(shè)了均壓網(wǎng)，主變場則敷設(shè)有均壓網(wǎng)、閉合回路接地干線（暗敷），雷擊危害由此實現(xiàn)了進(jìn)一步控制。

3結(jié)論

綜上所述，水利工程電氣自動化系統(tǒng)防雷措施的應(yīng)用具備較高現(xiàn)實意義，在此基礎(chǔ)上，本文涉及的應(yīng)用TVS管、采用UPS不間斷電源、直擊雷保護(hù)、過電壓保護(hù)、接地等內(nèi)容，則提供了可行性較高的防雷路徑，而為了進(jìn)一步降低水利工程電氣自動化系統(tǒng)受到的雷害威脅，改變接地體周圍的土壤結(jié)構(gòu)、使用降阻劑等防雷措施也需要得到重視。

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作者:賀欣欣 單位:中國水利水電第八工程局有限公司