陈进锭
（东莞市水利勘测设计院有限公司， 广东 东莞 523115）
水利工程电气自动化系统运行期间极易遭受雷电影响，轻则对系统运行稳定性造成影响，重则出现设备故障或引起人身伤亡事故， 因此加强电气自动化系统防雷措施探索具有现实意义。传统防雷措施相当单一，主要是进行避雷针或避雷器安装，所取得防雷效果不佳。但随着水利工程信息化程度的日渐深入， 电气系统容量以及电压等级不断升高， 水利工程里电气自动化系统需要面对的雷电袭击种类也呈现出多元化特征， 故而结合各种可能会遭受的雷电袭击种类， 进行防雷技术应用以及方案设计，使水利工程得到稳定安全运行非常重要。
现阶段水利工程自动化系统主要采取二层或三层分布式系统结构，其中第一层属于现地测量控制层（即现地单元层），第二层属于集中监控层（即主控单元层），第三层属于生产调度管理层（即管理单元层），系统不同单元的测控计算机经TCP/IP 高速以太网相连，主控级、现地单元级经环网或以太网相连， 网络介质选择的是网线与光缆充分结合的形式。
因电气自动化控制系统的层次和布局清晰，所以可结合各部位多样化功能展开区别监测，灵活性和适应性均较强， 经数据模拟能够实现水利工程的数字化监测，使监测及时性大大提高，为水利工程有序运行提供保障。
一旦水利工程主要部件发生故障，依靠电气自动化系统能够快速完成故障识别，发出警示信号，使维修者可尽快开展维修工作， 实现自动化运行水平以及质量的提升。
2.1 直击雷
直击雷为自然界里有极强破坏性的雷击类别， 一旦直击雷于云层里形成， 则对地面相对突出的物体实施放电，若直击雷将放电目标置于自动化设备，形成的电流则顺金属物流至地下， 于地下产生极强的低电压并引起超强破坏力。
2.2 球状雷
球形雷主要产生于雷暴天气里， 会发出刺眼的红光或白光， 形态好似火球， 若所修建的水利工程有门窗通道、烟囱或细缝，球形雷则会在此类媒介作用下直接进入水利工程操作中心，对自动化设备造成破坏，故而与直击雷相比，球形雷的危害性以及破坏力更强。
2.3 雷电侵入波
雷电侵入金属管道或架空线路对雷电的传导作用，雷电波可能会顺着此类管线侵进屋内， 引起设备损坏现象，甚至引起人员伤亡，为水利工程企业带来严重损失。
2.4 雷电感应
雷电感性属于相当常见的类型之一， 又包括电磁感应和静电感应两种， 雷电感应为雷电和导电物体相互间产生的一类化学感应， 一旦雷电和自动化设备金属物件形成感应则产生火花或火球， 并为自动化设备带来无法逆转的损害。
3.1 使用屏蔽与接地技术
接地：电压与电阻相互间属于正相关关系，若接地电阻越小，那么过电压则越低，因此需通过科学有效的方法做好接地电阻的控制。
水利工程里涵闸与泵站中控室里通信控制设备应与其它动力装置同时接地网， 若条件允许还可直接与防雷接地网相连。
中控室里需进行均压带与环形接地母线敷设， 同时需进行接地网的设备装置安置， 并经放电器或击穿保护器来和工程地网相连确保遭受雷击时可平衡电量。
屏蔽：中控室的金属地板和钢筋需进行焊接，从而让雷电电磁干扰得到最大程度的控制，若工程规模较大，对电气自动化设备要求也更高， 因而应进行金属屏蔽网敷设，让环形接地母线与金属屏蔽网均匀相连，室外通信电缆与架空电力线均需更换为屏蔽电缆， 室外通信电缆应做到两端接地。电缆抵达室内前应做好相关屏蔽工作，需埋地超过10m，深度在0.6m 以上，非屏蔽电缆同样需埋地超过10m，并且务必要使用镀锌穿线铁管，还能在室外入口端的铁管与电力线间进行压敏电阻安装， 提高防雷效果。
以下对屏蔽和接地技术使用效率展开试验解析。
在防雷技术里，接地和屏蔽项目二者相互相成。依照屏蔽效能根本原理，屏蔽体的网格间距和接地情况，会影响屏蔽体对电磁波的效率。
此次试验里依靠浪涌发生器的输出端进行干扰源模拟，电感线圈作受扰原，对网格间距以及接地电阻值进行改变， 将示波器所采集获得感性过电压来对屏蔽效能改变情况展开分析。
试验期间制作4 只钢丝所制的规格是40cm×40cm×40cm 的法拉第笼， 网格间距分别是5cm，3cm，2cm，与一个铜皮所制的同规格盒体。试验使用的浪涌发生器型号是ICGS，形成的模拟雷电流是10/350μs 波形，通流10kA、20kA、30kA、40kA、50kA 幅值，笼体经一只变阻器接进阻值是0.03Ω 的地网里。缠绕一只采样电感，N=30，F=5cm，测试电感值为98μH，将这只电感的两端接上示波器探头， 并且示波器做好全屏蔽处理。
试验连接见图1。
图1 屏蔽效能的试验示意图
图2 里对改变法拉第笼规格为屏蔽造成的影响给予了显示， 通过对法拉第笼网格间距进行改变， 依次对5cm、3cm、2cm、0cm 的量级进行测试，接地电阻值始终保持0.1Ω，得出感应电压幅值绘制趋势曲线图。
图2 网格间距改变对屏蔽的影响
由此不难看出，①若受扰体受到法拉第笼的屏蔽，感性电压会降低；
②法拉第笼网格间距关系到屏蔽效果，间距越小可产生更好的防雷效果；
③网格间距在3cm 以下时效果改变不明显，这和感应雷电波波长存在关联。
图3 中对接地电阻改变对屏蔽影响情况进行了描绘， 在变阻器调节作用下， 接地阻值依次是0.1Ω、0.5Ω、1Ω、2Ω、∞Ω 量级，网格间距始终维持在2cm。
图3 接地电阻改变对屏蔽的影响
由以上可得：
①水利工程防雷技术中不接地的屏蔽体和无屏蔽的情况下受扰效果是一致的， 故而屏蔽体应接地；
②对0.1Ω-∞Ω 效果曲线，可知接地电阻小，能取得更好的防雷屏蔽效果；
③在水利工程防雷屏蔽技术使用时务必要具备良好的接地， 屏蔽体网格与接地电阻阻值均应尽量小，且满足成本规划要求。
3.2 进行新型避雷器安装
将新型避雷器在室内外进行安装， 可让不同类别的雷电冲击受到抑制，发挥多重防护功效。
同时，水利工程电气自动化系统使用过程中还可经三合一防雷器安装的形式来进行防雷，三合一防雷器别名组合防雷器，部分人也将其称作监控多功能防雷箱，主要由控制线路防雷器、电源防雷器以及视频线路防雷器所构成， 结构上主要为多级串联，使用期间需做好和地面的连接，能够在电气自动化系统中发挥良好的防雷功效。
3.3 增设瞬态电压控制器
瞬态电压控制器即TVS，属于二极管结构样式，因而可作为高能效保护器件在水利工程电器自动化系统中进行应用。TVS 管工作原理即两端遭受瞬间高能量冲击时，则以极高的速度（最高达1×10-12s）使其阻抗快速下降，并且吸收一个大电流， 把两端间的电压箝位于一个预定数值，使得后面的电路元件不受瞬态高能量冲击受损。在电源线或信号上进行TVS 管安装， 防控因静电放电效应与电源开关产生噪音而诱发失灵， 静电放电效应所释放的脉冲能够高达60A，电压也可在10000V 以上，时间能够长达10ms，相较于普通TTL 器件而言，30ms 以上的十伏脉冲则能够让其受到损坏，但是TVS 管则不会产生该情况，通过对强大脉冲进行吸收，使得总线相互间干扰被消除。
3.4 增设电压保护单元
雷击会让电气设备出现电感效应， 效应形成的波能可直接对线路与UPS 设备造成破坏，即便UPS 设备自身能够发挥一定的过电压保护作用， 然而雷击形成的高压与功率相当高，设备自带电阻不能对高压电流给予阻止。要使该现象得到解决，应进行四级保护设置，如三级气体放电管、TVS 管、限流模块、压敏电阻安装等，实现安全科学的防雷系统建构，使得雷电电压与电流作用被削弱，发挥过电压保护功能。
3.5 采取综合防雷措施
防雷工作的开展不可单一的使用某项措施， 还需结合工程实际需求， 全方位使用多类防雷措施， 进行全面化、立体化、整体化雷电防护网建构。具体实践时，能够将接地和屏蔽保护视作基础防雷措施， 于其它电器设备以及系统里进行防雷装置配备。如：配电变压器防雷时则可将类似金属氧化物的避雷器安装于高低压侧， 并和接地母线相连，实现三点一线保护系统建构。又如通讯系统防雷时进行电压保护器安装，避免高压电流窜进设备系统。远程终端控制设备防雷时，因和显示屏存在一定的间距，因而需进行网线与电线架设， 故而需对信号线进行过电压保护器安装，使得防雷安全性大大增强。
雷电作为威胁水利工程信息化管理安全性的自然灾害之一，所带来的后果相当严重，故而在电气自动化系统大力应用于水利工程日常运行的趋势下， 通过多项防雷措施的使用来使系统安全正常运行非常重要。
以上只是结合工作实际给出的几点愚见， 在后续研究中将继续致力于这方面展开深入探索， 力求能总结出更多可行的防雷方法， 使得电气自动化系统在水利工程应用中发挥更大价值，使我国水利工程自动化水平得到进一步提升。
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