生活垃圾中转站自控系统防雷技术改造

邹 巍

（佛山市南海绿电再生能源有限公司，广东佛山 528225）

0 引言

随着科技的进步，生活垃圾转运焚烧发电逐渐成为现在生活垃圾处理的有效资源利用模式，生活垃圾中转作为其中的一项中间环节，扮演着不可小觑的角色。通常生活垃圾中转站建设的位置偏离城市的中心，一般位于郊区，相较周围的建筑，处于较高的位置点，但当夏季雷雨季节来临时，生活垃圾中转站电气控制设备可能会受到直击雷或感应雷的干扰，导致生活垃圾压装自控设备受到损坏，导致设备无法正常使用甚至停产，给生活垃圾转运带来了较大压力。

1 改造背景

电子汽车衡自动称重管理系统和生活垃圾压缩系统是生活垃圾中转站的主要运行系统。为保证市政收集来的生活垃圾正常被转运，这两大系统不间断、稳定运行尤为重要。

（1）电子汽车衡自动称重管理系统包括电子汽车衡本体（含秤台本体、称重传感器、称重仪表等）和电子汽车衡辅助设备（称重管理工控电脑主机、语音提示设备、防作弊系统、读卡器、道闸机设备等）。受雷雨天气的影响，地磅附属设备立柱及秤台通常是雷电引入的主要通道，可能会导致雷电干扰信号经控制线路或信号线路进入地磅房内将自动称重管理系统的核心设备工控电脑烧毁，致使地磅自动称重管理系统瘫痪，给生产运营带来极大不便。

（2）生活垃圾压缩系统主要完成对市政收集的散装垃圾进行压缩并装载至专用的集装箱内，便于勾臂车转运。整个过程只需操作人员根据料槽视频监控画面，在中控上位机界面操控压缩机设备即可完成。生活垃圾压缩自控系统主要由压缩机电控系统、抽风除尘系统、中控系统构成，各个系统间通过通信电缆连接以实现中控集中控制。根据中转站雷电干扰损坏设备名录，可能造成中控系统工控电脑主机烧毁，压机控制系统PLC（Programmable Logic Controller，可编程逻辑控制器）设备损坏，抽风除尘系统PLC设备损坏等，导致生活垃圾压缩系统无法正常运作，给经营者和管理者带来极大困扰。

生活垃圾中转站还有一些附属设备，用来维持站点安全、环保和驻站人员的正常生活，如全站点的视频监控、环站电子围栏、环境照明等。它们虽然对站点的运营生产影响不大，但是可能会影响站点的安全、管理。以前曾有过雷电干扰将站点的路灯大部分击毁，视频监控受到重创，给站点带来很大经济损失。

2 问题分析

佛山市南海绿电再生能源有限公司的大部分中转站点位于雷暴高发区，属亚热带气候区，夏季易发生雷雨、台风。该地区年平均雷暴日数在80 d以上，建筑物及设备被雷击危险极高。整个建筑物内的用电系统、信息系统传输线容易遭受感应雷，受损形式有3种：一是雷电直接击在线路或设备上，打坏设备或烧断线缆；另外一种是在落雷点周围1.5 km范围内的各种传输线上产生过电压，然后传输到设备，使之损坏；还有一种现象就是雷击在设备附近，强大的雷电电磁脉冲经空间感应到设备，使之失灵或永久性损坏。前1种情况发生的概率较小，而后2种发生的概率大、范围广，是雷击事故中造成设备损坏的主要原因。

采用避雷针、避雷带和避雷网等可防止和减少雷电对建筑物、人身和设备造成的直接危害。但是大量事实证明：在安装了避雷装置的室内，计算机设备、通信网络及微电子器件在雷击时，仍然会遭受不同程度的损害。为此，科学家通过进一步的分析，找到其原因所在。

直接击中建筑物的雷电称之为“直击雷”。避雷针等装置可将“直击雷”产生的高电压、强电流迅速引入大地，消除雷击的影响，保护设施。然而，雷击放电时在空中会产生强大的电磁场，使周围的金属导体因“电磁感应”而带上很高的电压。另外，雷击入地点在瞬间会产生“地电位反击”，电位迅速抬高，影响其他接地设备的安全。这些由雷电引起的感应现象称为“感应雷”，同样具有强烈的破坏作用。

在避雷针的保护范围内，物体虽然可以免遭直接雷击，但是“感应雷”可在电力、通信、网络、卫星天线及有线电视等线缆上产生高压感应和电流“浪涌”，并通过导线引入配电间、机房、办公室和住宅等，使电源、通信及电子设备不可避免地受到损害。因此，防止这些现代社会的雷害显得十分紧迫和必要。

对于一个用电系统，根据国际电工组织（International Electrotechnical Commission，IEC）的统计资料，80%的雷电损害是通过电源线传输过来，使设备损坏。由于市电通过高压输送线路向用户线路提供电力能源，在供电系统的线路和用户的线路间形成一个庞大的电力互联输送网。这些线路大部分暴露在室外，并且距离地面较高甚至处在较空旷的田野，使得其成为了雷暴（直击雷或感应雷）侵害的对象。被雷暴侵害过的线路，会产生过电压、过电流并通过线路侵入房间，对用电设备尤其是电子设备（计算机设备、电视、音响设备）造成损坏，还有可能对正在使用的用户人身造成伤害。

根据雷电的电流大、电压高、发生时间快的特点，为达到对设备的有效保护，必须既保证将雷电的大电流泄放入地又保证用电设备的工作电压维持在正常水平，其中一个主要技术方法就是在室内电源线路上串接电源保护装置并在信号线路上安装对应的信号浪涌保护器。

3 解决方案

根据IEC的防护原则，由于雷电的能量极大，电源浪涌保护器是需要既将全部雷电泄放入地，又将雷电形成的高电压箝位至精密电子设备能承受的耐压值。

3.1 电源防雷器的保护基理

3.1.1 泄放雷电电流

根据IEC分区防护理论，由于雷电电流大、电压高、发生时间快的特点。根据相应规范的要求，自然界中绝大多数雷电电流峰值不大于 65 kA（8/20 s），15 kA（10/350 s），所以规范提出第一级电源防雷器通流量须不小于以下要求：65 kA（8/20 s），15 kA（10/350 s），第二级电源防雷器通常要求通流量为40 kA（8/20 s），第三级电源防雷器通常要求通流量为20 kA（8/20 s）。

根据本次设备特殊安装位置及耐压值，在本系统总配电柜安装第一级防雷器，对各分用电单元安装第二级电源防雷器，对部分重要设备还安装第三级防雷器。

3.1.2 降低雷电高电压

依据IEC防雷分区原理，不同区域内的用电设备的抗击雷电的能力是有所不同，电房的配电设备的抗雷击耐压值是6 kV，普通用电设备（冰箱、空调等）的抗雷击耐压值为2 kV，电子设备（计算机、电视、音响等）的抗雷击耐压值是1.5 kV。

第一级防雷器安装于总配电箱，将大部分雷电在此泄放，将雷电引起的高电压箝位至6 kV以内，对于要求严格的区域，第一级防雷器就需要将雷电箝位至2 kV；第二级防雷器安装在各功能室的配电箱，将雷电引起的高电压箝位至1.5 kV以内或更低。

3.2 信号防雷器的保护基理

信号系统与电源系统一样容易遭受感应雷。雷击发生时：一种情况是雷直接击在线路或设备上，打坏设备或烧断线缆；另外一种情况是在落雷点周围1.5 km范围内的各种传输线上产生过电压，然后传输到设备，使之损坏；还有一种现象，就是雷击在设备附近，强大的雷电电磁脉冲经空间感应到设备，使之失灵或永久性损坏。3种情况中，第一种情况发生的概率较小，而后2种情况发生的概率大、范围广，是雷击事故中造成设备损坏的主要原因。

对于信号线路，防雷的解决方法是对进出不同防雷区的信号线路安装信号防雷器，信号防雷器要充分考虑被保护设备的工作频率、平均输出功率、连接器形式及特性阻抗等参数，保证防雷器安装后，不会影响用户设备的正常使用。

4 设计方案

根据国家标准GB 50057—2010《建筑物防雷设计规范》的建筑物分类条例，以及中转站所处地理环境的特殊性进行设计，防雷器基本参数要求如表1所示。SPD是浪涌保护器（Surge Protection Device）的简称。

表1 防雷器基本参数要求

5 结束语

图1 一级防雷器防护原理

图2 部分人工地网安装

图3 电子汽车衡自动称重系统部分防雷

图4 中控系统部分防雷

改造已经在南海绿电再生能源有限公司现有的7个生活垃圾中转站实施（图1～图4）。改造后，2018 年的雷雨天气，基本未造成设备故障损失，降低了设备故障率，有效保证了站点的正常营运。防雷器的选取至关重要，需要根据所保护的设备运行方式，保护级别来确定。良好的接地系统加上优良的防雷产品，可以为重要设备设施的稳定运行保驾护航。