小型水力发电站监控系统防雷措施

谢永生/青海黄河水电公司拉西瓦发电分公司

小型水力发电站监控系统防雷措施

谢永生/青海黄河水电公司拉西瓦发电分公司

将自动化监控系统应用于小型水力发电站工程中，对水利水电事业的发展起到了很大的推动作用，监控系统的使用为电力系统提供了重要保障，同时如何确保监控系统的安全稳定运行成为水力发电站建设的重点内容之一。雷电是影响监控系统安全运行的重要因素，因此本文首先对雷电的危害进行分析，然后提出了在小型发电站监控系统应采取的防雷措施，为加快我国水利水电事业的发展做出贡献。

小型水力发电站；监控；雷电；危害

一、雷电对小型水力发电站监控系统造成的危害

雷电是因为空气中的正负电荷因为剧烈碰撞而产生的一种剧烈、瞬间的放电现象，属于一种自然现象。雷电的危害性毋庸置疑，按照影响形式的不同，可以将雷电的危害方式分为三种方式，即直击雷、感应雷和地形雷。直击雷，就是雷电通过直接接触物体的方式对物体造成危害，雷电的直接接触会给所接触的物体带来瞬间的大电流，从而破坏物体的结构；感应雷，雷电在形成的时候会产生一个瞬间的、剧烈变化的电磁场，如果这个电磁场的附近存在不闭合的导体，就会在这个不闭合的导体中产生一个极高的电压，从而引起导体中产生瞬间的大电流，从而对物体造成损伤。

二、监控系统遭雷击的主要原因与途径

雷电对物体造成损坏时不仅仅只是通过单一的形式对其造成损坏，往往是直击雷和感应雷并存的形式对物体造成损坏，所以雷电对物体造成的损坏往往是极大的。而对于微电子设备来说，感应雷的危害远远大于直击雷，而国内发生的大多数电子设备雷击事故都是由感应雷引起的。因为雷电在形成的瞬间会产生一个强烈的电磁场，而这个强烈的电磁场附近的电子设备或者电子线路就会产生强烈的静电感应，从而对电子设备或者电子线路造成损坏，这就是所谓的感应雷雷击。而新型的微电子设备的集成度远远高于原来的电子设备，它的工作电压也远远低于原来的电子设备，所以其耐过电以及抗雷电电磁性能往往较弱，而雷电在形成的顺序形成的电磁场会在电子设备上引起一个极大的过电压值，瞬间产生的电流对于这些电子设备来说也是致命的。总的来说，感应雷主要是通过下列三种入侵方式对物体造成损坏。

（一）通过供电线路入侵

科学家们通过大量的实验证明在工频附近雷电产生的能量最大，而雷电与供电线路耦合发生的概率也很高。通过对近几年发生的雷击事件研究表明，通过供电线路造成的雷击事件占所有雷击事件的60％以上，远远高于其他方式。雷电在形成的瞬间在附近的220V的输电线路上会形成一个千伏以上的电压，这对于电子设备的危害就显而易见了。

（二）通过通信线路

通信线路主要有数据传输线、信号发生以及信号接收天线以及相对应的反馈线等。这些线路本身就存在着大量的电信号，所以本身对于电磁场等也较为敏感。当引雷入地产生感应雷的时候，瞬间产生的电磁场就会通过信号发生以及接收器的反馈线等进入到信号发生以及接收装备，从而对设备造成大量的损坏。

（三）地电位反击

在发电站建筑施工过程中，会按照设计在建筑的交流电位器工作点、安全保护地以及建筑物的防雷设备安装点之间设立一定的间隔距离，从而最大限度提高安全度。如果建筑的交流电位器工作点、安全保护地以及建筑物的防雷设备安装点之间的距离过近，当雷电引人地面的时候，它们之间就会因为瞬间产生的电位差从而形成地电位反击，从而对设备造成损坏。

三、小型水力发电站监控系统防雷接地措施

雷电对小型发电站物体造成损坏时不仅仅只是通过单一的形式对其造成损坏，往往是直击雷和感应雷并存的形式对物体造成损坏，可以从外部和内部措施进行预防：

监控系统防雷的外部措施主要包括了空气截雷系统或者安装避雷针和避雷带等。一般是在监控系统所处构筑物顶部安装接闪器来接收雷电，通过该装置将雷电引导进入大地并安全散流，在散流的过程中要最大限度保证每一根引流线上流经的电流都要进人大地，从而降低高强度的雷电对附近的设备以及线路造成损坏。

监控系统的内部防雷措施主要是通过对建筑物内部的监控系统的设备安装防雷设备与过电压保护装置，从而对电子监控设备进行保护，在安装的过程中一定要注意接地工作的完成质量。

（一）随用瞬态电压抑制器一TVS管

TVS管又叫做瞬态电压抑制器，是一种高效的电子设备保护装置，瞬态电压抑制器主要是通过二极管对电子设备进行保护。当瞬态电压抑制器的两端受到一个瞬间的高能量反向冲击时，它能在瞬间将其自身装置两端的阻抗由高变低，从而得以吸收瞬间产生的千瓦以上的浪涌功率，从而保证装置两端的电压值保持在一个安全范围内，从而最大限度保证监控系统中一些精密元器件的安全，避免其受到损坏。瞬态电压抑制器的反应时间极快，且它的瞬态功率也较大，漏电电流以及击穿电压等均较小，现已广泛应用与监控系统的防雷系统中。瞬态电压抑制器具有以下特点：

a.将瞬态电压抑制器安装到信号线以及输电线路上面，能够有效防止因为外界原因出现的瞬间脉冲对电子监控设备内的精密仪器造成伤害。

b.瞬态电压抑制器的静电放电效应能够瞬间放出千伏以上、60A左右的脉冲，并且持续的时间也较长，相对于其他的器件，瞬态电压抑制器的保护性能更好。

（二）采用UPS不间断电源

UPS电源最大的特点是它的稳压作用，在一定的范围内，能够有效抑制或者净化入侵到线路中的突变电压或者突变电流，从而保证监控系统中的一些精密元器件。另一方面，如果因为雷击事故导致断电，UPS电源会经过逆变器向监控系统继续发电一定的时间，在放电的过程中，向监控系统的服务器发送一个信号通知其对系统进行保护和对一些不能保存的数据进行及时的处理，从而最大限度保护监控系统的设备以及防止丢失数据。所以对于监控系统来说，UPS电源的稳定性对于网络数据的安全性等有着直接的影响，而UPS电源的发电时间的长短与UPS电源的电源容量有关。

（三）注意事项

为了最大限度减低雷电事故的危害，在雷电易发阶段，小型水力发电站的监控系统要通过多种保护方式并存的方式对监控系统进行保护。在小型水力发电站的监控系统安装过程中还要注意：监控系统的设备尽量安装到室内；监控系统的设备的安装位置不易过高；监控系统的设备在安装的过程中尽量安装在离雷电易发地带较远的地方。

此外，在建筑物的建造过程中一般采用避雷针或者避雷带等预防雷电事故的发生，而对于避雷针或者避雷带等进行接地工作的时候除了使用建筑物本身的结构接地外还有设立单独的引流线路，最大限度预防雷击事故的发生。

四、结束语

小型水力发电站监控系统的防雷处理是一个长期而又系统的工作，需要结合实际情况多方面进行考虑，然后针对性地选取防雷措施对其进行防护。此外，在防雷工作的进行中，合格的防雷设备也是防雷工作中的重点。合适的防雷措施以及合格的防雷装备，才能最大限度保护小型水力发电站监控系统的正常运行。

[1]张晨宇，张皇，龚宏超.防雷检测计算机系统的设计与应用探讨[J].城市建设理论研究(电子版），2013，(24).

[2]张金凤.水利工程电气计算机系统防雷措施分析[J].科技信息，2012(13).

[3]代建新.安防监控系统的雷电防护设计[J].科技资讯，2014（31）.