沿海涵闸自动化系统防雷技术与措施探讨

张 军，姚日军，李爱华，王晓稳

(江苏大丰水利局，江苏 大丰 224100)

随着计算机及自动化技术的不断发展，自动化系统已经被各个领域所采用。涵闸作为对水利领域有着重要意义的水工建筑物，自然也已经采用自动化控制系统。但涵闸的建筑地点大都是很开阔的地方，周围没有建筑物对其进行遮掩，而自动化控制系统大多是由电子设备组成，对过电流、耐过电压及雷电袭击等方面的抗击性较差，很容易引来雷击，致使自动化系统的正常运行被中断。而旧的防雷技术已经不能实现对涵闸自动化系统的保护作用，这需要对涵闸自动化系统建立新的防雷措施。

1 雷击对涵闸自动化系统造成危害的路径及影响

1.1 造成危害的路径

雷电袭击作为对涵闸自动化系统破坏最大的因素之一，有多种路径对涵闸自动化系统造成破坏。一是雷电直接击中自动化系统的外部设备，比如摄像头、传感器等，对其造成直接的破坏;二是雷击产生后，雷击电流会被引下线引入地下，这会使引下线周围产生电磁感应，造成电压瞬间增强，致使附近的金属管线被损耗;三是雷电直接袭击产生的电流被接闪器接入地下，致使地网地电位提升，使得接地线对引入的高电压进行反击。

1.2 对自动化系统造成的影响

涵闸旧的防雷设计对雷电的直接袭击已经有了较为完善的防护措施，但是对雷击产生的电磁脉冲的防御却不是很完善，因此自动化系统中电子设备的损耗大多是由电磁脉冲所造成的。涵闸遭受雷击时，建筑内的电子设备会被雷电流及雷击产生的电磁脉冲通过传导及感应等方式产生各种暂态过电压，而这些暂态过电压会通过电源线或信号线的传输而产生过电压波。这些暂态过电压及过电压波会对电子设备造成破坏，很容易影响涵闸自动化系统的正常运作及设备安全。所以，涵闸要着重对雷击产生的电磁脉冲对自动化系统的危害方面进行防护。

2 涵闸自动化系统的防雷技术实施

2.1 防雷措施概念图

涵闸自动化系统的防雷技术不能仅仅停留在对外部设备建立防雷措施，应该对其建立全方位的防雷措施，多应用现代化的分流、建接地网及屏蔽技术等方法对其进行保护。自动化系统的防雷设计可大致分为两个方向，如图1。

图1 防雷设计分类示意图

2.2 对不同路径采取适当的防雷措施

2.2.1 屏蔽技术

对系统中的传输线采用屏蔽设计，对雷电感应电压强度的减少有很大的帮助。但是在实施屏蔽设计时也有些问题需要注意，比如屏蔽层的设计要尽可能的接触地面;电池线、通信电缆及电源线等设备要选择带有屏蔽效果的材料，并对这些设备装备金属屏蔽软管。

2.2.2 防雷短线措施

要在传感器、天线、蓄电池三者与终端机之间建立防雷措施，可以在传感器、天线及蓄电池三者与终端机之间的连接选择较短的导线，这对降低雷电感应电压有很大的帮助。

2.2.3 对各种不同路径加装防雷器

自动化系统加装防雷器要有针对性，不同的路径要采用不同的防雷器。如天线所运用的防雷技术是同轴电缆短路技术，是在天线与电台之间的线路上加装防雷器FL—1，其防雷设计原理是把天线接收的雷击产生的过电压通过防雷器FL—1接入地下，使雷电压的数值不会增加的过大，也避免了电台被雷电破坏的危险(如图2)。

图2 防雷电感应过电压原理

太阳能电池板与蓄电池之间采用的是加装防雷器FL—2进行防雷保护。太阳能电池板到蓄电池之间这条路径的长度关乎蓄电池所要承受的雷电感应电压的大小。而屏蔽技术的使用，使屏蔽层内的线路对雷电过电压的感应变低，能量较低;因此，要在蓄电池输入端加装防雷器FL—2，建立防雷措施，使蓄电池能够正常运转(如图2)。

传感器因为与数据仪之间的线路较短，感应到的雷电过电压就比天线、太阳能电池板要小，因此，传感器只需要运用数据仪前端的防雷设备FL—3就可以了，不需要建立独立的防雷措施(如图2)。

2.2.4 测试防雷电感应电压原理实用与否

对防雷电感应电压原理(如图2)在防雷措施建设中是否实用，需要进行测试。可以对电源线、天线及传感器三个方面分别接入电流进行测试，并在数据仪前端(简称A端)可以测得经防雷器防护及释放后，电源线上的输出电压数值。经过试验可以得出一些数据如表1。

表1 防雷器试验的电压数值参考表

2.3 建立接地网

接地网的建设是防雷措施中较为重要的一环，如果接地网的建设不能达到预期的效果，不仅不能给涵闸自动化系统的运行提供保障，还会隐含诱导发生安全事故的因素，会有很大的危害。因此，这需要有一定的防雷技术及经验。接地网的建设，能把所有形式的雷产生的雷电流都引入地下，对自动化系统的防雷保护有很好的效果。所以，在涵闸自动化系统防雷措施建设中，要对接地网进行合理的使用。

接地网的建设中包括避雷针的使用、地网和接地装置的设计方案等多个方面，还要对接地网进行接地电阻测试;接地网在把雷电流引入地下后，还要将其匀称地发散出去，因此接地网的建设要慎之又慎。而且接地网的接地建设要与高压电气设备的接地分开进行，否则两者之间会互相干扰，产生危险。

2.3.1 对接地网进行接地电阻测试

进行接地电阻测试时，要选择合适的测试仪器，比如上海生产的“ZC29B—1”等，恰当地测试仪器能保证接地电阻测试结果的准确性。设计者在完成接地网建设后，必须要对接地网进行接地电阻测试，确保接地网能够被可靠使用;若不符合标准，则需要对其进行改进。

3 中心站及闸控站的防雷措施

3.1 中心站的防雷措施

中心站是所有产业自动化系统的重要核心。所以在自动化系统的防雷措施实施，中心站的防雷建设是重中之重。中心站的防雷建设应包含交流电源以及其连接闸控站的信号线路的防雷措施。交流电源产生的大气过电压与内部过电压会给涵闸自动化系统中的设备造成很大的损害，因此，要对交流电源进行防雷保护建设。可运用避雷器、防雷器、交流稳定电源等防雷技术对交流电源实施防雷保护。对中心站连接闸控站的信号线路的防雷设计可以使用光电耦合器。而且为了使中心站拥有些许屏蔽效果，可以在其墙壁上粘贴金属纸。此外，在雷雨季节，可以对中心站的自动化系统进行直流供电，并使用室内天线进行数据信号的接收。这些方案对中心站的防雷措施建设都有着很有效地作用。

3.2 闸控站的防雷措施

闸控站的防雷措施与中心站的措施相似。所不同的是闸控站的防雷措施可以分为闸位计、其与中心站之间进行联系的信号线路及交流供电线路这三个方面进行防雷保护。

4 结束语

涵闸自动化系统的防雷措施建设是至关重要的。这项措施可以对自动化系统的正常运行给予有效地保护，并运用各种防雷技术对自动化系统中的不同设备进行防雷保护，在不同的线路上面加装适当的防雷器，以防止其被雷电所破坏，从而产生一些安全隐患。因此，要把涵闸自动化系统的防雷建设作为首要解决的问题，尽量排除可以引来雷电袭击的因素，确保涵闸自动化系统不会出现任何隐患。

［1］夏正创．浅谈闸站自动化系统防雷技术与措施［J］．江苏水利．2012(06)．

［2］简亚彪．水清自动化系统防雷技术探讨［J］．水利管理技术．1998，18(02)．

［3］周克明．大坝安全监测自动化系统的防雷保护［J］．广西水利水电．2004(04)．

［4］王润英．三种大坝变形监测自动化系统［J］．大坝与安全．2000(03)．