謝永生/青海黃河水電公司拉西瓦發(fā)電分公司

小型水力發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)防雷措施

謝永生/青海黃河水電公司拉西瓦發(fā)電分公司

將自動化監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)用于小型水力發(fā)電站工程中，對水利水電事業(yè)的發(fā)展起到了很大的推動作用，監(jiān)控系統(tǒng)的使用為電力系統(tǒng)提供了重要保障，同時如何確保監(jiān)控系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行成為水力發(fā)電站建設(shè)的重點(diǎn)內(nèi)容之一。雷電是影響監(jiān)控系統(tǒng)安全運(yùn)行的重要因素，因此本文首先對雷電的危害進(jìn)行分析，然后提出了在小型發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)應(yīng)采取的防雷措施，為加快我國水利水電事業(yè)的發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

小型水力發(fā)電站；監(jiān)控；雷電；危害

一、雷電對小型水力發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)造成的危害

雷電是因為空氣中的正負(fù)電荷因為劇烈碰撞而產(chǎn)生的一種劇烈、瞬間的放電現(xiàn)象，屬于一種自然現(xiàn)象。雷電的危害性毋庸置疑，按照影響形式的不同，可以將雷電的危害方式分為三種方式，即直擊雷、感應(yīng)雷和地形雷。直擊雷，就是雷電通過直接接觸物體的方式對物體造成危害，雷電的直接接觸會給所接觸的物體帶來瞬間的大電流，從而破壞物體的結(jié)構(gòu)；感應(yīng)雷，雷電在形成的時候會產(chǎn)生一個瞬間的、劇烈變化的電磁場，如果這個電磁場的附近存在不閉合的導(dǎo)體，就會在這個不閉合的導(dǎo)體中產(chǎn)生一個極高的電壓，從而引起導(dǎo)體中產(chǎn)生瞬間的大電流，從而對物體造成損傷。

二、監(jiān)控系統(tǒng)遭雷擊的主要原因與途徑

雷電對物體造成損壞時不僅僅只是通過單一的形式對其造成損壞，往往是直擊雷和感應(yīng)雷并存的形式對物體造成損壞，所以雷電對物體造成的損壞往往是極大的。而對于微電子設(shè)備來說，感應(yīng)雷的危害遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直擊雷，而國內(nèi)發(fā)生的大多數(shù)電子設(shè)備雷擊事故都是由感應(yīng)雷引起的。因為雷電在形成的瞬間會產(chǎn)生一個強(qiáng)烈的電磁場，而這個強(qiáng)烈的電磁場附近的電子設(shè)備或者電子線路就會產(chǎn)生強(qiáng)烈的靜電感應(yīng)，從而對電子設(shè)備或者電子線路造成損壞，這就是所謂的感應(yīng)雷雷擊。而新型的微電子設(shè)備的集成度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于原來的電子設(shè)備，它的工作電壓也遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于原來的電子設(shè)備，所以其耐過電以及抗雷電電磁性能往往較弱，而雷電在形成的順序形成的電磁場會在電子設(shè)備上引起一個極大的過電壓值，瞬間產(chǎn)生的電流對于這些電子設(shè)備來說也是致命的?？偟膩碚f，感應(yīng)雷主要是通過下列三種入侵方式對物體造成損壞。

（一）通過供電線路入侵

科學(xué)家們通過大量的實(shí)驗證明在工頻附近雷電產(chǎn)生的能量最大，而雷電與供電線路耦合發(fā)生的概率也很高。通過對近幾年發(fā)生的雷擊事件研究表明，通過供電線路造成的雷擊事件占所有雷擊事件的60％以上，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他方式。雷電在形成的瞬間在附近的220V的輸電線路上會形成一個千伏以上的電壓，這對于電子設(shè)備的危害就顯而易見了。

（二）通過通信線路

通信線路主要有數(shù)據(jù)傳輸線、信號發(fā)生以及信號接收天線以及相對應(yīng)的反饋線等。這些線路本身就存在著大量的電信號，所以本身對于電磁場等也較為敏感。當(dāng)引雷入地產(chǎn)生感應(yīng)雷的時候，瞬間產(chǎn)生的電磁場就會通過信號發(fā)生以及接收器的反饋線等進(jìn)入到信號發(fā)生以及接收裝備，從而對設(shè)備造成大量的損壞。

（三）地電位反擊

在發(fā)電站建筑施工過程中，會按照設(shè)計在建筑的交流電位器工作點(diǎn)、安全保護(hù)地以及建筑物的防雷設(shè)備安裝點(diǎn)之間設(shè)立一定的間隔距離，從而最大限度提高安全度。如果建筑的交流電位器工作點(diǎn)、安全保護(hù)地以及建筑物的防雷設(shè)備安裝點(diǎn)之間的距離過近，當(dāng)雷電引人地面的時候，它們之間就會因為瞬間產(chǎn)生的電位差從而形成地電位反擊，從而對設(shè)備造成損壞。

三、小型水力發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)防雷接地措施

雷電對小型發(fā)電站物體造成損壞時不僅僅只是通過單一的形式對其造成損壞，往往是直擊雷和感應(yīng)雷并存的形式對物體造成損壞，可以從外部和內(nèi)部措施進(jìn)行預(yù)防：

監(jiān)控系統(tǒng)防雷的外部措施主要包括了空氣截雷系統(tǒng)或者安裝避雷針和避雷帶等。一般是在監(jiān)控系統(tǒng)所處構(gòu)筑物頂部安裝接閃器來接收雷電，通過該裝置將雷電引導(dǎo)進(jìn)入大地并安全散流，在散流的過程中要最大限度保證每一根引流線上流經(jīng)的電流都要進(jìn)人大地，從而降低高強(qiáng)度的雷電對附近的設(shè)備以及線路造成損壞。

監(jiān)控系統(tǒng)的內(nèi)部防雷措施主要是通過對建筑物內(nèi)部的監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備安裝防雷設(shè)備與過電壓保護(hù)裝置，從而對電子監(jiān)控設(shè)備進(jìn)行保護(hù)，在安裝的過程中一定要注意接地工作的完成質(zhì)量。

（一）隨用瞬態(tài)電壓抑制器一TVS管

TVS管又叫做瞬態(tài)電壓抑制器，是一種高效的電子設(shè)備保護(hù)裝置，瞬態(tài)電壓抑制器主要是通過二極管對電子設(shè)備進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)瞬態(tài)電壓抑制器的兩端受到一個瞬間的高能量反向沖擊時，它能在瞬間將其自身裝置兩端的阻抗由高變低，從而得以吸收瞬間產(chǎn)生的千瓦以上的浪涌功率，從而保證裝置兩端的電壓值保持在一個安全范圍內(nèi)，從而最大限度保證監(jiān)控系統(tǒng)中一些精密元器件的安全，避免其受到損壞。瞬態(tài)電壓抑制器的反應(yīng)時間極快，且它的瞬態(tài)功率也較大，漏電電流以及擊穿電壓等均較小，現(xiàn)已廣泛應(yīng)用與監(jiān)控系統(tǒng)的防雷系統(tǒng)中。瞬態(tài)電壓抑制器具有以下特點(diǎn)：

a.將瞬態(tài)電壓抑制器安裝到信號線以及輸電線路上面，能夠有效防止因為外界原因出現(xiàn)的瞬間脈沖對電子監(jiān)控設(shè)備內(nèi)的精密儀器造成傷害。

b.瞬態(tài)電壓抑制器的靜電放電效應(yīng)能夠瞬間放出千伏以上、60A左右的脈沖，并且持續(xù)的時間也較長，相對于其他的器件，瞬態(tài)電壓抑制器的保護(hù)性能更好。

（二）采用UPS不間斷電源

UPS電源最大的特點(diǎn)是它的穩(wěn)壓作用，在一定的范圍內(nèi)，能夠有效抑制或者凈化入侵到線路中的突變電壓或者突變電流，從而保證監(jiān)控系統(tǒng)中的一些精密元器件。另一方面，如果因為雷擊事故導(dǎo)致斷電，UPS電源會經(jīng)過逆變器向監(jiān)控系統(tǒng)繼續(xù)發(fā)電一定的時間，在放電的過程中，向監(jiān)控系統(tǒng)的服務(wù)器發(fā)送一個信號通知其對系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)和對一些不能保存的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時的處理，從而最大限度保護(hù)監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備以及防止丟失數(shù)據(jù)。所以對于監(jiān)控系統(tǒng)來說，UPS電源的穩(wěn)定性對于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的安全性等有著直接的影響，而UPS電源的發(fā)電時間的長短與UPS電源的電源容量有關(guān)。

（三）注意事項

為了最大限度減低雷電事故的危害，在雷電易發(fā)階段，小型水力發(fā)電站的監(jiān)控系統(tǒng)要通過多種保護(hù)方式并存的方式對監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。在小型水力發(fā)電站的監(jiān)控系統(tǒng)安裝過程中還要注意：監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備盡量安裝到室內(nèi)；監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備的安裝位置不易過高；監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)備在安裝的過程中盡量安裝在離雷電易發(fā)地帶較遠(yuǎn)的地方。

此外，在建筑物的建造過程中一般采用避雷針或者避雷帶等預(yù)防雷電事故的發(fā)生，而對于避雷針或者避雷帶等進(jìn)行接地工作的時候除了使用建筑物本身的結(jié)構(gòu)接地外還有設(shè)立單獨(dú)的引流線路，最大限度預(yù)防雷擊事故的發(fā)生。

四、結(jié)束語

小型水力發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)的防雷處理是一個長期而又系統(tǒng)的工作，需要結(jié)合實(shí)際情況多方面進(jìn)行考慮，然后針對性地選取防雷措施對其進(jìn)行防護(hù)。此外，在防雷工作的進(jìn)行中，合格的防雷設(shè)備也是防雷工作中的重點(diǎn)。合適的防雷措施以及合格的防雷裝備，才能最大限度保護(hù)小型水力發(fā)電站監(jiān)控系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

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