水电厂计算机监控系统雷电防护改造

程 林

(国电大渡河新能源投资有限公司富水水力发电厂，湖北 黄石 435000)

水电厂计算机监控系统雷电防护改造

程 林

(国电大渡河新能源投资有限公司富水水力发电厂，湖北 黄石 435000)

计算机监控系统在发电厂广泛应用，发挥着越来越大的作用，提高其抗雷电性能是提高系统可靠性的重要环节。结合实际，提出了提高计算机监控系统雷电防护的具体改造措施，经实施后取得了一定的成效。

水电厂；计算机监控；雷电；防护

0 引言

目前，由于科技水平的提高以及计算机监控技术的逐步成熟，计算机监控系统已在发电厂得到了大量的应用，这对提高发电厂的自动化水平以及运行灵活性起了很大的作用，可以说计算机监控系统是发电厂的“中枢神经系统”。然而，一般发电厂都比较重视计算机监控系统的设备选型、网络结构、通讯方式以及软件功能等，却容易忽略计算机监控的雷电防护。

水力发电厂皆建于依山傍水之地，处于雷击频繁的环境，几乎每年都要遭受雷电的危害。雷电严重威胁着水力发电厂各种电气设备的安全运行。近年来，国电大渡河新能源富水电厂曾多次发生因雷电造成厂用计算机监控系统中的电源模件、开入开出模件故障以及微机温度巡检/保护装置故障，造成计算机监控系统部分瘫痪，影响了机组的安全稳定运行。

2011年，富水电厂对历年来的计算机监控系统的雷害原因进行分析、研究，找出了切实可行的防止雷电危害的措施，并对该厂的低压电源系统、二次等电位接地铜排网系统、二次电缆屏蔽等进行了改造。2012年，该厂计算机监控系统没有发生类似上述的雷害故障。

1 计算机监控系统雷击故障原因分析

富水水力发电厂采用国电南瑞公司生产的SSJ-3000型水电站EC2000计算机监控系统，于2006年投入运行。该系统采用基于Windows NT操作系统的全分布开放系统结构，共分为2层：主控级(电厂级)和现地控制LCU单元层，主控级和现地控制单元经光纤快速以太网相连。

现地控制单元(下位机)LCU由MB系列PLC和触摸屏构成，共有4套，其中：LCU1、LCU2为机组现地监控屏，LCU3为公用装置监控屏，LCU4为开关站现地监控屏。由于该厂开关站现地监控屏控制室外开关站设备，因而成为遭受雷击故障的重灾区。

1.1 雷电通过低压电源系统危害监控系统

雷电通过低压电源系统入侵计算机监控系统，是最为常见的危害形式，其产生的危害也较大,往往会造成微机监控系统的电源模块损坏。如2008年7月，该厂计算机监控系统中的开关站现地监控LCU屏的电源模件因雷击而损坏，导致开关站现地监控LCU屏退出运行，该厂大部分开关、刀闸只能现地操作。

此次雷电故障的原因为：当雷电波侵入时，由于雷电幅值较低，不足以使线路或母线避雷器动作，或避雷器动作后的残压通过变压器的电磁感应耦合到低压侧，使低压电源系统产生雷电过电压，并传输到计算机监控系统。由于该厂低压电源系统没有过电压保护措施，雷电过电压得不到有效限制，造成低压电源系统中的绝缘薄弱处被击穿。而计算机监控系统的电源模块又首当其冲，所以造成该厂开关站现地监控LCU屏电源模块的击穿、损坏。

1.2 感应过电压通过二次传输线路危害监控系统

雷电对计算机监控系统的危害还有静电感应、电磁感应或互感耦合。如雷电在发电厂附近活动时，雷云所带的强电场会以静电感应的方式在二次回路上感应出很高的感应电压；雷云向避雷针或附近地面凸出物放电时，还会由于电磁感应的作用在二次电缆中产生感应过电压；当雷电流经避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入发电厂的接地网，再经接地网流入大地时，会造成接地网的局部电位升高，也会通过互感耦合在接地网附近的电缆沟内的二次电缆上产生感应过电压。上述感应过电压传输到计算机监控系统，往往会造成计算机监控系统的开入、开出模件损坏。

如2009年6月，该厂计算机监控系统中的开关站现地监控LCU屏的开入、开出模件因雷击而损坏；2010年8月，该厂计算机监控系统中的开关站现地监控LCU屏的开出模件因雷击而损坏，导致该厂开关、刀闸在微机监控上不能正常显示，只能在现地操作开关、刀闸。

此2次雷电故障的原因为：由于雷电引起的静电感应、电磁感应或互感耦合，在该厂开关站现地监控LCU屏至开关站的二次控制电缆上感应出感应过电压，而该厂部分二次控制电缆不是屏蔽电缆，或是屏蔽电缆却没有正确接地，造成感应过电压入侵该厂开关站现地监控LCU屏的开入、开出模件，导致开入、开出模件击穿、损坏。

2 计算机监控系统防雷技术措施

在水电厂中，一次设备的防雷措施一般在电厂建设时就考虑得比较全面，相应的技术也已比较成熟。这里仅探讨计算机监控系统等弱电设备的防雷技术，并针对雷电对计算机监控系统的危害原因，提出在低压电源部分、开入开出信号部分以及接地部分应采取的措施。

2.1 低压电源部分

对于低压电源部分，应装设以下3级保护：(1) 在厂用变压器的低压侧或低压母线上装设相应电压等级的氧化锌避雷器进行保护；

(2) 在低压母线与计算机监控系统屏之间的配电箱内加装避雷器保护器；

(3) 在计算机监控系统屏的电源前端加装浪涌吸收保护器进行保护或加装隔离变压器进行隔离。

其中，选择合格合适的避雷器至关重要。

2.2 二次回路部分

对于计算机监控系统的开入、开出、信号等二次回路部分，应采取以下措施：

(1) 二次回路电缆采用屏蔽电缆，尽可能与强电电缆分开排放，屏蔽层在室外、室内两端可靠接地。由于铠甲电缆容易锈蚀，不建议采用；

(2) 监控装置屏外壳要可靠且正确接地，以防止附近的雷电感应；

(3) 监控系统的开入、开出、信号等模件应能在高静电、高噪音环境下安全运行，具有足够的抗雷电干扰措施。

2.3 接地部分

为了防止雷电导致接地网附近的电缆沟内的二次电缆上产生感应过电压，应采取以下措施：

(1) 接地网的接地电阻应在规定范围之内，接地铜排接地截面积≥100 mm2；

(2) 应合理敷设接地铜排网，且确保各个接地装置的泄流分支通道能迅速泄流；

(3) 设备的外露导电部位应进行等电位连接，等电位连接导体截面应符合规定要求。

3 计算机监控系统的防雷电改造

经过认真分析研究，该厂于2011年对低压电源系统、二次等电位接地铜排网系统以及二次电缆等进行了改造，取得了一定的成效。

3.1 厂用母线安装相应电压等级的氧化锌避雷器

该厂开关站现地监控LCU屏的交流电源取自厂用400 V母线，而该厂厂用400 V母线上没有装设防雷电装置，且开关站现地监控LCU屏的电源前边也未串接浪涌吸收保护器，所以只要雷电通过低压电源系统入侵, 开关站现地监控LCU屏的交流电源回路就会受到威胁，相应的交流电源模件就会被雷击而损坏。

该厂于2011年在厂用400 VΙ，Ⅱ段母线上装设了相应电压等级的氧化锌避雷器，经过1年多的运行，开关站现地监控LCU屏的电源模件以及其他监控、保护装置未受到雷击干扰。为确保安全可靠，该厂准备在全厂监控、保护、励磁等装置的交流电源前边串接浪涌吸收保护器进行保护，或在电源前边串接隔离变压器进行隔离,并加装对地电容进行雷电波的吸收。

3.2 对全厂的二次等电位接地铜排网进行改造

为防止雷电流经避雷针、避雷线或避雷器的接地引下线进入发电厂的接地网时，在接地网附近的电缆沟内的二次电缆上产生感应过电压，该厂对全厂接地网的接地电阻进行测量，对全厂接地网的接地铜排网进行更换改造：

(1) 对每块屏或端子箱制作安装 3 mm×40 mm铜排；

(2) 铜排用小绝缘瓷瓶固定在屏体或端子箱底部，确保接地铜排与地之间的绝缘；

(3) 将屏内或端子箱内的屏蔽电缆的屏蔽层接至接地铜排；

(4) 各接地铜排用软铜电缆首尾相连形成环网,软铜电缆及接地铜排接地截面积≥100 mm2，但保护控制屏、就地端子箱、本体端子盒内的交流供电电源的中性线(零线)不允许接入二次接地铜排网；

(5) 各二次等电位铜排网，应使用截面不小于100 mm2的软铜电缆与主接地网可靠连接。

3.3 微机监控现地监控LCU屏至室外的二次电缆采用屏蔽电缆

为防止雷电活动通过静电感应、电磁感应在二次电缆上产生感应过电压，该厂准备将全厂监控、保护等设备及室外的二次电缆全部更换为屏蔽电缆，并将屏蔽层接地。由于受到实际运行条件的限制，目前只能采用逐步更换的方式进行，争取在2年内全部更换完毕。

3.4 购买易损坏模件的备品备件

为防止特殊情况发生，以及确保计算机监控系统安全可靠，该厂还同生产厂家联系，对易损坏的模件，购买相应的备品备件。当遇到模件损坏时，及时进行更换。

4 结论

当前，计算机监控系统在水电厂虽然已普遍应用，但由于投资、设计等原因，许多电厂对计算机监控系统的雷电防护有所忽略。虽然计算机监控设备是按照严格的标准生产的；但事实上，由于水力发电厂的特殊地理原因，监控设备因雷电而受损的几率较大，而且往往一个关键元件受损，可能会给水电厂的安全稳定运行带来极大的危害。因此，有必要采取有效的雷电防护措施，来保护计算机监控系统等设备，确保电厂安全稳定运行。

1 解广润．电力系统过电压[M]．北京：水利水电出版社，1991.

（

2013-07-02；2013-08-30）