水利工程电气自动化系统防雷措施

魏静洲

[摘    要]在我国社会基础设施建设不断完善的背景下，水利工程建设近些年来发展速度较快，水利工程建设对我国社会发展具有关键性的促进作用。在水利工程建设过程中，防雷系统建设是其中一项关键环节，是保证水利工程安全性的重要系统。且在现代信息技术发展的推动下，自动化防雷系统建设成为主要发展方向，能够有效提高防雷系统运行效率。文章对水利工程电气自动化系统防雷措施进行研究与分析，提出一些合理的意见和措施，旨在进一步提升我国水利工程建设安全性。

[关键词]水利工程;防雷建设;电气自动化系统;防雷措施;优化策略

[中图分类号]TV736 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）09–0–03

[Abstract]In the context of the continuous improvement of my country's social infrastructure， my country's water conservancy project construction has developed rapidly in recent years， and water conservancy project construction has a key role in promoting my country's social development. During the construction of water conservancy projects， the construction of lightning protection systems is one of the key links and an important system to ensure the safety of water conservancy projects. Under the impetus of the development of modern information technology， the construction of automated lightning protection systems has become the main development direction. Effectively improve the operating efficiency of the lightning protection system. Therefore， in-depth research and analysis of lightning protection measures for electrical automation systems of water conservancy projects are carried out， and some reasonable opinions and measures are proposed to further promote the safety of water conservancy projects in my country.

[Keywords]water conservancy project; lightning protection construction; electrical automation system; lightning protection measures; optimization strategy

在我國电气自动化系统快速发展的背景下，在我国水利工程建设中的应用，能够提高水利工程建设与管理效率，从而促进我国水利工程高标准建设目标的实现。在水利工程电气系统运行过程中，如果发生强烈的雷电天气，在没有完善的防雷措施情况下会因雷电导致电气系统受到严重的破坏，不仅会对电气系统造成影响，还会导致管理人员生命财产安全受到威胁。因此，在水利工程电气自动化系统建设过程中，必须做好防雷保护措施，保证水利工程建设质量和安全性提升。

1 水利工程电气自动化系统防雷必要性分析

防雷措施在水利工程电气自动化系统中具有重要的作用，是保障水利工程运行安全的必要措施。在我国水利工程建设规模不断扩大的背景下，我国水利工程电气自动化系统建设也在不断完善，但是因为水库、水电站等工程建设规模较大，且大都建设在雷电高发区域，在运行过程中容易受到雷击的影响和破坏，所以必须加强防雷措施建设，提高水利工程电气自动化系统运行安全性。根据我国水利工程实际建设经验来看，较易发生的雷击事故主要可以分为以下几种类型。

（1）直击雷。直击雷是最为常见的雷电类型，破坏力较强，会在基础底面的金属物后形成较高的对地电压，从而对地面设备造成破坏。

（2）球状雷。球状雷大都出现在雷暴天气中，其表面会出现亮度极高的白光或红光火球，具有较强的破坏性。

（3）雷电入侵波。雷电会入侵水利工程中的金属管道或输配电线路，电气线路和设备的绝缘层会遭到严重的破坏。

（4）雷电感应。雷电感应分为静电感应与电磁感应两种类型，当感应强度达到电气系统能够承受的阈值时，就会对其造成严重的破坏。

水利工程电气自动化系统的UPS通常具有过电压保护功能，但是因为雷电的入侵波或雷电感应所产生的功率会超过水利工程电气自动化系统UPS的压敏电阻承受阈值，所以会导致UPS和其后接入微电子设备被破坏。由此可见，防雷系统对于水利工程电气自动化系统建设具有重要作用，是保障电气系统使用安全的重要措施，能够弥补水利工程电气自动化系统自身过电压保护措施的不足，从而提升整体保护效果。

2 当前水利工程电气自动化系统防雷措施存在的问题分析

通过上文分析可以明确防雷措施对于水利工程电气自动化系统建设的重要性，但是因为缺乏实践经验，当前我国部分地区的水利工程中所采用的防雷措施不够完善，防雷整体效果不足，导致水利工程电气自动化系统以及电气设备被严重破坏。主要体现在以下几个方面。

2.1 防雷措施缺乏科学规划

防雷措施是一项系统性工程，必须结合水利工程电气自动化系统建设实际情况，满足其安全运行需求。但是我国部分地区的水利工程建设中所采用的防雷措施缺乏科学规划，没有做到与水利工程电气自动化系统实际建设相匹配，只是简单借鉴其他地区的防雷系统。但是因为不同地区的雷电天气发生情况不同，所采用的防雷措施如果没有经过科学的规划、设计与部署，会导致其实际效果受到很大影响。

2.2 防雷措施过于简单

随着我国水利工程电气自动化系统建设不断完善，水利工程中的线路、电气设备以及自动化控制系统逐渐增多，传统的防雷措施已经难以满足实际保护需求，过于简单的防雷措施所能提供的保护效果较为有限。当发生强烈雷电天气时，简单的防雷措施无法有效保护自动化电气系统和电气设备，致使其遭到严重的破坏，是当前我国水利工程电气自动化系统建设中存在的主要问题。所以必须根据水利工程的电气系统和电气设备特点，对现有的防雷设施进行升级和改造。

2.3 防雷措施自动化不足

防雷措施作为一项独立的系统，在现代信息技术的推动下，防雷系统也得到相應的发展。通过将防雷系统与自动化系统相结合的方式，能够有效提升防雷系统实际运行效果。但是因为缺乏实践检验，当前我国水利工程中所采用的防雷系统在自动化程度方面还有着很大的不同，基本以防雷设施为主，没有形成能够自动化控制的管理模式，从而导致防雷系统应对雷电破坏的能力不足，不能根据实际情况作出相应的调整和变化，严重影响防雷措施对水利工程电气自动化系统的保护效果。

3 水利工程电气自动化系统有效防雷措施分析

为了提升水利工程电气自动化系统的防雷保护效果，需要对当前所采用的防雷措施进行创新，结合水利工程实际建设情况做好防雷保护工作。

3.1 接地与屏蔽保护措施

尽管水利工程电气自动化系统中采用接地与屏蔽保护措施是较为传统的方法，但是其具有良好防雷效果，同时建设成本较低，能够全面提高防雷工程建设质量和经济效益。

（1）在接地保护措施的应用方面，接地保护措施是防雷措施中最为实用、效果最好的一种方式，且因为接地的防雷效果与接地电阻之间有着密切的关系，接地电阻值越小，则过电压值越低，阻值越小其价格会有所提高，所以在水利工程电气自动化系统的接地保护措施中，需要充分考虑到接地保护的经济效益，尽量降低接地保护措施造价。水利工程电气自动化系统的接地保护应用重点为中控室、涵闸以及泵站，因为这三者电气自动化控制设备数量较多，且是水利工程的核心区域，所以需要做好防雷接地保护，同时在接地系统中安装放电器或击穿保护装置，能够起到良好的保护效果。

（2）屏蔽保护措施在水利工程电气自动化系统的防雷措施中也具有良好的效果，其主要原理为等电位法拉第笼，在电气设备周围建设金属防护笼，金属防护笼能够通过等电位高压原理将雷电产生的高压电隔离在外部，从而能够起到良好的屏蔽效果。所以在水利工程电气自动化系统防雷保护中，可以通过建设金属防护笼的方式，将建筑与金属底板相裂解，使调度室、中控室等电气设备较多区域的自动化控制系统能够与外部构成一个完整的金属笼空间，能够起到良好的防雷效果。

3.2 瞬态电压抑制器防雷措施

瞬态电压抑制器—TVS管在水利工程电气自动化系统防雷工程中的应用，能够起到良好的防雷效果。瞬态电压抑制器—TVS管是一种二极管形式的高效能保护器件，能够在水利工程电气自动化系统遭受雷击时以10s量级左右的速度将自身两级高抗组转变为低抗组，从而能够吸收雷电产生的浪涌高电压和电能，对水利工程电气自动化系统能够起到良好的保护作用。瞬态电压抑制器—TVS管自身具有较好的防护功能，能够有效避免因瞬间高电压脉冲对处理器或单片机造成的破坏，同时具有良好的吸收效果，且抗干扰能力较强，适合在多种条件下使用，使得其能够在水利工程电气自动化系统防雷工程中发挥出良好的效果。当水利工程电气自动化系统电气设备出现过压问题时，瞬态电压抑制器—TVS管就能够自动运行，防止雷电对电气系统和电气设备造成更大的破坏。但是这种保护装置价格较高，所以不适合大面积采用，可以将其安装在重点保护区域，如中控室等，在保证防雷效果的基础上，通过整体规划能够降低防雷工程成本。

3.3 UPS过电压保护

不间断电源（Uninterruptible Power Supply UPS）过电压保护是较为常见的水利工程电气自动化系统防雷措施，UPS具有储能装置，能够为水利工程电气自动化系统提供稳定的电源支持，但是根据实际建设经验来看，仅装有压敏电管的UPS在部分情况下无法有效满足水利工程电气自动化系统的防雷需求。因此，本文结合实际工作经验，建议水利工程电气自动化系统采用四级保护模式，利用三极气体放电管、压敏电阻、TVS管以及限流模块组成四级保护措施，能够提高单一的UPS保护效果，从而当雷击问题发生时，各个模块能够协同工作，起到更好的保护作用，是提升水利工程电气自动化系统防雷保护效果的重要方式。

3.4 三合一防雷器

三合一防雷器也就是监控多功能防雷箱，主要是利用电磁脉冲实现防雷目标。在三合一防雷器中，主要有视频线路防雷器、电源防雷器和控制线路防雷器，将多种防雷设备的功能集中为一体，适合水利工程电气自动化系统基本特点，能够起到更好的保护效果。针对自动化系统的视频线路、电源、控制线路以及电气设备等能够提供高质量的防雷保护，其能够对水利工程室内和室外多种不同电气设备的运行状态进行监视，同时因为将三种防雷设施采用多级串联的结构方式，能够使其具有多级防雷效果。

3.5 设备机房需要采用三级防雷措施

除上述多项防雷措施之外，需要加强对水利工程的设备机房防雷保护，因为一旦设备机房遭受雷击，会导致整体系统和电力设备遭到严重的破坏，且因为设备机房具有电气系统复杂、电气设备较多的特点，是水利工程电气自动化系统的核心区域。因此，在设备机房中可以采用三级防雷措施，主要包括以下内容。

（1）一级防雷措施。需要在设备机房的动力电源输入线输入端中设置火花间隙、气体放电管等防雷设备，从而保证线路中经过高强度的感应雷、直击雷等能量能够被充分消耗，降低雷击产生的能量冲击，从而能够更好地保护设备机房中的电气设备。

（2）二级防雷措施。在完成一级防雷措施处理后，需要在设备机房中安装低压避雷器完成二级防护，低压避雷器能够将雷电产生的高压电降低到2000 V之内，从而能够降低雷击的破坏程度。但是在安装时需要将低压避雷器与一级保护装置的安装距离控制在10 m以上，使得经过一级防雷装置的残余雷电能量能够进一步衰减。

（3）三级防雷措施。在水利工程的设备机房内，采用安装低通滤波器的方式构建第三道防雷保护系统，能够起到良好的保护作用，但是同样需要与低压避雷器安装距离控制在10 m以上，并且需要尽量靠近电气自动化系统，从而能够起到更好的保护效果，降低雷电对水利工程电气自动化系统的影响和破坏。

4 结束语

综上所述，本文全面阐述了水利工程电气自动化系统防雷措施的重要性，并对当前防雷工程建设中存在的问题进行了分析，最后提出多项有效的防雷措施，希望能够为我国水利工程电气自动化系统建设起到一定的借鉴和帮助作用，不断提高水利工程防雷保护工程质量，保证我国水利工程建设安全性的提高。

参考文献

[1] 王来印.水利工程电气自动化系统防雷措施探讨[J].轻松学电脑，2019（18）：1.

[2] 郝红勋.关于水利工程电气自动化系统防雷措施分析[J].门窗，2019（10）：160.