龍桂才，傾鵬程，杜宇飛，高必通，方亞芬，黎 直

（1.梧州市氣象局，廣西 梧州 543002； 2.中山市氣象局，廣東 中山 528401；3.重慶市防汛抗旱搶險(xiǎn)中心，重慶 400000； 4.連州市氣象局，廣東 清遠(yuǎn) 513400；5.民航華東空管局氣象中心，上海 200000）

1 引言

國內(nèi)新一代多普勒天氣雷達(dá)的組網(wǎng)觀測(cè)，給全國各地的天氣預(yù)報(bào)特別是短時(shí)強(qiáng)雷暴天氣的監(jiān)測(cè)提供了實(shí)用的氣象資料［1-7］。短時(shí)強(qiáng)雷暴天氣容易引發(fā)雷擊事件，特別是高層建筑以及強(qiáng)電設(shè)備，更容易通過帶電線路或者導(dǎo)電載體將雷電脈沖引入室內(nèi)用電設(shè)備，從而造成室內(nèi)設(shè)備的雷擊損壞［8-13］。將隔離變壓器引進(jìn)到供電系統(tǒng)，可以降低用電設(shè)備遭受雷擊的幾率，防雷效果明顯［14］。

本文介紹一種可以大概率避免柴油發(fā)電機(jī)系統(tǒng)重要部件遭受強(qiáng)雷電擊壞的方法，使用隔離變壓器對(duì)發(fā)電機(jī)系統(tǒng)中的“市電供電-柴油發(fā)電機(jī)供電”自動(dòng)切換裝置進(jìn)行處理，以達(dá)到防雷的作用。

2 隔離變壓器及其防雷原理

隔離變壓器的初級(jí)、次級(jí)的線圈數(shù)相同，將其接入到電源系統(tǒng)電路上，可以將初級(jí)的電壓通過線圈耦合到次級(jí)的回路上，使得初級(jí)、次級(jí)的電路回路得到有效隔離，而電壓基本保持不變［15］。

當(dāng)雷電流被引入到安裝有隔離變壓器的電源系統(tǒng)電路上時(shí)，雷電流經(jīng)過隔離變壓器初級(jí)回路，由于雷電流的瞬間電壓遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正常電路的工作電壓，隔離變壓器的鐵心達(dá)到飽和狀態(tài)，電磁耦合的功能失效，初級(jí)回路的高雷電高壓不能耦合到次級(jí)回路上，次級(jí)回路避免了雷電的正面沖擊，從而使次級(jí)回路上的電器設(shè)備得到保護(hù)。

3 天氣雷達(dá)簡(jiǎn)介

新一代多普勒天氣雷達(dá)能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)其探測(cè)范圍內(nèi)的降雨、雷暴、冰雹以及臺(tái)風(fēng)等天氣，在軍事、空管、氣象以及水文上有著不可替代的重要作用［16-21］。

梧州新一代多普勒天氣雷達(dá)地處梧州市區(qū)的榜山頂，海拔108米，柴油發(fā)電機(jī)房建在雷達(dá)塔樓旁，地勢(shì)較高，而且連接強(qiáng)電設(shè)備，比較容易引來雷擊。作為一個(gè)耗電設(shè)備，供電的重要性不可言喻，即使雷達(dá)機(jī)房?jī)?nèi)配備UPS不間斷電源，但UPS只能提供短時(shí)間的應(yīng)急用電，假如提供市電的相關(guān)線路遭遇嚴(yán)重破壞，短時(shí)間內(nèi)難以修復(fù)，可靠的應(yīng)急用電還是需要應(yīng)急用的柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電來提供。

4 雙電源自動(dòng)切換控制器

柴油發(fā)電機(jī)作為應(yīng)急供電設(shè)備，是在正常市電因故障中斷后才啟動(dòng)的發(fā)電設(shè)備，而發(fā)電機(jī)的啟動(dòng)又可以分為自動(dòng)啟動(dòng)和手動(dòng)啟動(dòng)。正常情況下，市電故障斷電后需要人工手動(dòng)去啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)。而梧州雷達(dá)樓是局站分離，和辦公場(chǎng)所較遠(yuǎn)。為了能夠在市電中斷后及時(shí)的切換到柴油發(fā)電機(jī)供電，需要一個(gè)快速、可靠的切換系統(tǒng)來切換。

梧州雷達(dá)樓的柴油發(fā)電機(jī)房使用鄭州眾智科技股份有限公司生產(chǎn)的smartgenHAT220A雙電源自動(dòng)切換控制器，該控制器能夠在市電供電線路出現(xiàn)斷電或者故障時(shí)，按照設(shè)定好的啟動(dòng)時(shí)間，啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)，并將柴油發(fā)電機(jī)供電線路切換到雷達(dá)供電系統(tǒng)上，以保證雷達(dá)的正常運(yùn)行。當(dāng)市電供電恢復(fù)正常時(shí)，該控制器又能夠?qū)l(fā)電機(jī)停用，并將雷達(dá)供電系統(tǒng)恢復(fù)到正常的市電供電線路上。

該自動(dòng)切換智能控制器具有兩個(gè)輸入端口，其中一個(gè)端口接到市電，另外一個(gè)端口接到發(fā)電機(jī)。如圖 1、圖 2 所示，（A1、B1、C1、N1）接線端口用來監(jiān)測(cè)市電輸入的正常與否，如果市電被斷或者有其他異常，通過（A1、B1、C1、N1）端口檢測(cè)識(shí)別后自動(dòng)切換智能控制器發(fā)出切換命令啟動(dòng)柴油發(fā)電機(jī)發(fā)電。由于（A1、B1、C1、N1）端口和交流市電有直接的電氣相連，故當(dāng)雷電高電壓通過市電線路進(jìn)到此控制器時(shí)，與地有較大的電壓差從而會(huì)對(duì)控制器造成嚴(yán)重?fù)p壞。

圖1 HAT220A接線端口示意圖

圖2 HAT220A接線原理圖

2014年7月的一次午后短時(shí)雷雨過程，梧州榜山頂上的柴油發(fā)電機(jī)房遭受嚴(yán)重的雷擊 （而與發(fā)電機(jī)房相隔數(shù)十米距離的雷達(dá)塔樓內(nèi)的用電設(shè)備沒有遭到雷擊），發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的HAT220A雙電源自動(dòng)切換智能控制器被雷擊而損壞。

更換新的自動(dòng)切換智能控制器，并在市電進(jìn)入端再加上一個(gè)SPD避雷器之后，很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，此柴油發(fā)電機(jī)房的各個(gè)系統(tǒng)都沒有因?yàn)槔讚舳艿綋p壞。直到2017年5月，此發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的自動(dòng)切換控制器再次遭受損壞性雷擊，故此發(fā)電機(jī)房的防雷措施需要進(jìn)行整改。

5 隔離變壓器應(yīng)用

將隔離變壓器安裝在HAT220A自動(dòng)切換智能控制器的四線三相市電輸入端前 （其中初級(jí)與次級(jí)的零線要相連接），其他線路接線不變，如圖3所示。接上隔離變壓器后，經(jīng)測(cè)試，對(duì)原來發(fā)電機(jī)系統(tǒng)的正常運(yùn)行沒有影響。

圖3 隔離變壓器接線示意圖

2017年6月26日下午的一次強(qiáng)短時(shí)暴雨過程，伴隨強(qiáng)閃電雷擊，當(dāng)時(shí)在雷達(dá)塔樓內(nèi)的值班人員剛好發(fā)現(xiàn)打雷時(shí)值班室的臺(tái)式電腦直接自動(dòng)關(guān)機(jī)，固定電話頻閃，雷擊過后發(fā)現(xiàn)室內(nèi)的一個(gè)視頻監(jiān)控器直接被雷電劈壞，這說明山頂上雷達(dá)塔樓內(nèi)以及周邊附近的室內(nèi)用電設(shè)備遭到強(qiáng)烈的雷電沖擊。之后檢查柴油發(fā)電機(jī)房?jī)?nèi)的HAT220A自動(dòng)切換智能控制器，發(fā)現(xiàn)其并沒有因?yàn)榇舜卫讚舳獾綋p壞，說明隔離變壓器用于防雷是可靠的。

6 結(jié)語

經(jīng)測(cè)試，安裝隔離變壓器后的天氣雷達(dá)應(yīng)急發(fā)電機(jī)系統(tǒng)遭受雷擊損壞的幾率變小。但由于每次閃電雷擊的強(qiáng)度不同，安裝的隔離變壓器能承受的雷擊強(qiáng)度峰值無法估量，只能通過長(zhǎng)時(shí)間的觀察、測(cè)試來調(diào)整隔離變壓器與發(fā)電機(jī)系統(tǒng)間的參數(shù)，以達(dá)到最好的防雷效果。

在氣象設(shè)備中，雷電的防護(hù)一直都是個(gè)難題，地面觀測(cè)站的防雷也是重中之重，對(duì)于觀測(cè)站內(nèi)的強(qiáng)電設(shè)備，也可以使用隔離變壓器來進(jìn)行防雷處理，可以降低設(shè)備被雷擊造成損壞的幾率。

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