唐代隆

貴州黔源電力股份有限公司普定電站，貴州安順 562100

0 引言

在科學技術日益發(fā)達的今天，人們越來越依賴于科技產品，水電廠作為關系到人們日常生活的重要企業(yè)單位，跟隨時代的步伐，廣泛的采用對周圍環(huán)境要求極高的高集成、低電壓的電路。然而，科學技術的進步仍然無法阻止雷擊事件的發(fā)生，雷擊侵害讓人防不勝防，引起的設備損壞、人員傷亡事故數不勝數。在過去，傳統的避雷裝置例如避雷針能夠有效地對高壓電氣設備起到防雷作用，但是它對于今天的水電廠尤其是擁有二次系統的水電廠，其防雷作用顯得很弱小。為降低甚至避免雷擊事件帶來的危害，對水電廠而言，防雷成為一項十分重要的策略。

1 水電廠受雷擊侵害的現狀分析

1.1 水電廠受雷擊侵害的現狀

水電廠根據自身的特殊性一般會建立在海拔比較高的地帶，而這些地區(qū)往往容易遭受雷擊，受雷擊影響較深。近年來，我國大部分的水電廠都提高了自身的自動化水平，建立了一系列的自動化系統，例如自動測報水情系統、計算機實時控制系統等多種裝置，然而水電廠的防雷系統沒有同步跟上這些現代化的信息系統，大部分的水電廠仍使用著傳統的外部防雷系統，極少的考慮弱電放雷等，與水電廠的自動化水平不相符合，甚至因為自動化設備的大量為雷擊侵害水電廠提供了多種渠道，使得水電廠蒙受了巨大的經濟損失，嚴重影響了區(qū)域的電網安全、水庫的安全運營和居民的日常生活。

1.2 雷擊侵害水電廠的方式

雷擊侵害水電的方式有很多，主要有四種：直接雷擊、雷電感應、反擊和侵入波。

1）直接雷擊

直接雷擊是指雷雨云對地球和地面建筑物、農作物等放電的現象，它具有溫度高而熾熱、沖擊電流強大、沖擊波猛烈、電磁輻射強烈的特點，對放電通道的事物，例如地面建筑物、室外電子設備、輸電線造成損壞，嚴重的甚至直接將地面人畜擊死，嚴重危害著人類社會的生命、財產、安全。

2）雷電感應

雷電感應是指因大地與雷雨云層之間或者雷雨云層之間放電時在放電通道上及其周圍對建筑物的內外部產生的電脈沖輻射、空間感應、電磁感應和雷云電場之間的靜電感應。雷電感應能夠使建筑物的管道、鋼筋等金屬部件以及建筑物外進入建筑物內的信號傳輸線、電源線和天饋線等形成雷電高電壓，并通過這些線路引入至室內進行放電，從而中斷、損壞甚至燒毀相關的微電子和電子設備。與直接雷擊相比較，感應雷擊的攻擊力稍弱，但是其攻擊面積大，其破壞力是不可小覷的。

3）反擊

反擊是指在引下線上和接地電阻之間因強烈的雷電流作用造成強大的感應電壓降和電阻，導致低電位的接地設備以及和接地設備相連接的金屬物體，在沒有雷擊時仍出現很大的電位，擊穿設備，最終使得設備損壞。

4）侵入波

侵入波是指在空間金屬管道或架空線路上因雷擊產生了沖擊電壓，該電壓沿著管道或線路兩個方向迅速的傳播開來形成了雷電波。一般的，侵入波很少發(fā)生，這主要是因為水電廠的外部防雷系統和接地系統都比較好。在一些大型變電站或建筑物，都會采取一定的措施防止雷電侵入波。

2 水電廠受雷擊侵害的原因分析

2.1 水電廠自身存在不足

水電廠受到雷擊侵害造成嚴重的損失的主要原因是水電廠自身存在著不足之處，從而不足以避免雷擊的破壞。對于大部分的水電廠而言，其在一次系統中已經安裝了防雷器、防雷針、防雷線等防雷設備，這對于抵抗直接雷擊或雷擊侵入波具有十分明顯的效果，但是在抵抗雷電感應等方面卻存在著不足之處。水電廠的一次系統需要耐過電壓水平遠大于二次系統，且有著大量的保護、監(jiān)控設備運用大規(guī)模的集成電路進行運作，此外，由于集成電路的耐壓水平比過去晶體管電路小得多，當發(fā)生雷擊時，放電通道及其周圍的建筑、電線等設備設施會形成沖擊電壓，然后通過數據線、電源等多種渠道侵入到電子設備中，從而造成了系統失靈、損壞。因此，如果水電廠的二次系統無法做好防雷工作，就可能會因一次系統的反擊導致二次系統的控制部分無法正常工作，最終導致水電廠出現毀滅性的事件，這也是我國不少水電廠發(fā)生雷擊侵害事件的主要原因之一，例如我國某水電廠就曾因為PLC 模塊的損壞導致整個系統癱瘓，使該水電廠遭受了巨大的經濟損失。

2.2 自動監(jiān)測系統的破壞

在大多數情況下，雷電和其他外來的電磁干擾主要是以傳導和輻射的形式侵入到電子設備中，其表現有磁的、電的，進一步可以分為電磁干擾、靜電干擾等。通過勘查發(fā)現，在當前的環(huán)境下，可以排除掉輻射干擾，而經地線、信號線以及電源線等侵入的感應性干擾具有最大的可能性。以古田溪的某一級水電廠為例分析，其在壩頂與廊道的自動監(jiān)測系統和Modem之間使用了電纜屏蔽，但是與一級站的通訊仍采用的是架空電話線，當雷電沖擊波通過信號線、電源線侵入系統時，極易破壞監(jiān)測系統，加大了對水電廠系統危害的概率。

2.3 接地系統的反擊影響

據調查，大多數水電站的大壩監(jiān)測系統都是基于原來的接地網建立的，在計算機機房通過聯合接地系統進行連接，也就是通過安全、防雷、工作這三種接地方式將三種接地連接起來。這個系統能夠實現建筑物內外部各個組成部分的電位均衡，跨步電壓和接觸電壓的降低，盡可能的排除了不同金屬部件相互發(fā)生閃絡的可能性，使得接地電阻能夠達到4 歐姆左右。然而采用這種聯合接地方式對水電廠整個系統也存在著一定的影響，當在計算機機房附近發(fā)生雷擊或落雷現象時，地電位極其容易被抬高，使得反擊電壓也隨之變高，從而破壞設備，影響整個水電廠電力系統。

3 水電廠的防雷策略

3.1 做好弱電設備的防雷工作

1）弱電設備的防雷方法

水電廠弱電設備的防雷方法一般有三種：限壓、屏蔽和等電位連接。限壓是指將電涌保護器安裝在信號線路與電源線路的重要設備、關鍵部分、端口設備等位置，控制過電壓，從而使得雷電流得以卸放，保護系統設備；屏蔽是指在雷電感應通道上阻斷雷擊的電磁脈沖，在信息系統中通過屏蔽線處理信號線路，從而降低雷電感應的可能性；等電位連接是應對雷電感應和雷電波入侵這兩種雷擊方式的最有效的方法，它是指將分開的導電裝置用等電位連接起來或用電涌保護器與之相連接，降低雷電流在導電物體之間產生的電位差，降低其擊穿的可能性。

2）弱電設備的防雷措施

當前在我國大部分水電廠尤其是新建的水電廠，其自動化水平較高，電子設備相對集中，如果發(fā)生雷擊事件會導致嚴重的經濟損失。因此，要做好通訊系統、計算機監(jiān)測系統、水情測報系統、工業(yè)電視系統等弱電設備的防雷措施工作。第一，在防雷區(qū)的設計上，對需要被保護的空間根據電磁脈沖的強度進行防雷區(qū)的層次劃分，并在不同防雷區(qū)的進口地方提出配置電涌保護器和連接等電位的要求，根據危險程度有針對性的進行不同等級的保護。第二是防雷保護設備的選擇，尤其是電涌保護器的選擇，應符合相關設備的電流電壓要求，確保保護設備能夠承受通過的雷電流。

3.2 做好二次系統的防雷工作

如今大多數的水電廠都在一次系統中設置了防雷線裝置，然而這種裝置僅僅局限在一級系統中保護水電廠設備，對水電廠大壩上的水位傳感器、變送器等設備無法實現全面保護的作用。因此，應在大壩上安裝防雷裝置，避免大壩設備受直接雷擊的侵害，對水電廠大壩實現全面防護的目標，同時注意做好二次系統的防雷工作，焊接接地體與設備的地線，確保等電位。

1）雷電通過接地線接入大地，勢必會在接地線上形成沖擊電位，而當接地線上有了沖擊電位，就很容易使得部分設備出現電位差，導致設備受損。為此，可以采用均壓環(huán)解決這種問題，即連接地電位狀態(tài)下的導體等電位，對于未達到相關安全標準的接地裝置，例如水電廠的電子設備、電氣裝置等，可以用相對粗大的導線將其等電位與防雷系統相連接，從而形成一個由等電位構成的島，保證了導電設備之間不會出現電位差，不會出現閃絡放電現象。所以，要將電源線、信號線與金屬管道等通過保護器進行等電位連接，在內層保護區(qū)，用同樣的方法實現等電位連接，最終消除雷電引起的毀滅性電位差；

2）雷電流通過接地線入地時，暫態(tài)電磁場也會因此而產生、蔓延，使得在通訊、運動、保護等電纜以及主控單元的弱點部件上形成暫態(tài)過電壓，或多或少的損壞相關設備。因此，應采用屏蔽的方法，利用屏蔽電纜、屏蔽殼對其接地，同時要高度重視屏蔽裝置的接地檢查，有效解決暫態(tài)電磁場這一問題。

3.3 做好過電壓的防雷工作

為避免過電壓受線路的侵入，盡量降低外來能量的干擾，線路在進機房前一定要做好防雷保護工作，在不影響線路正常工作的條件下，分別安裝壓敏電阻、放電管、避雷器等防雷器。由于明線進入設備時，其沖擊波波形沒有埋地電纜平坦，整體防護性較差，所以在安裝防雷裝置的同時，要注意對進設備前的一部分使用埋地電纜，控制好直接雷擊的地段在一定范圍外，減少外界電磁輻射的干擾。此外，計算機系統或相關設備與外界連接的信號線、電源線都必須安裝防雷電能量較強的過電壓保護器，這樣瞬變電壓保護器可以將電源線或信號線侵害其他設備的沖擊波控制在設備能夠承受的范圍內，即當電壓過大超過某個臨界值時，其阻抗就會立刻下降，在瞬間形成強大的浪涌電流，從而對有關設備實現過電壓保護。

4 結論

雷電現象在大自然中無處不在，很多人認為雷擊事件是無法避免的，對采取防雷措施缺少一定的認識與重視，間接加大了雷擊的危害程度。從我國眾多水電廠多年來的雷擊事件可以發(fā)現，雷擊給我們的日常生活帶來了諸多危害。因此，水電廠應認真分析自身發(fā)生雷擊事件的原因，并有針對性地采取防雷措施，做好水電廠各系統的防雷技術保障，有效避免雷擊的侵害，盡可能的將雷擊事件造成的損害降到最低。

[1]李翔.變電站微機保護裝置的防雷保護探討[J].四川水力發(fā)電，2009，28(1).

[2]陳家宏，呂軍，錢之銀，等.輸電線路差異化防雷技術與策略[J].高電壓技術，2009(12).

[3]肖永利，柏章明，王文發(fā).水廠自動化控制系統防雷技術和措施[J].供水技術，2010(6).

[4]王春瑩，高雪蓮.某電廠防雷接地系統簡析[J].科技情報開發(fā)與經濟，2011(15).