水利工程电气自动化系统研究

【摘要】为提升水资源利用效率，近年来我国水利工程领域发展迅速，电气自动化系统在水利工程中的应用也日渐广泛化，相关研究也因此大量涌现，基于此，本文简单介绍了常见的水利工程电气自动化系统防雷措施，并结合实例详细论述了水利工程电气自动化系统防雷措施的具体应用，希望由此能够为相关业内人士带来一定启发。

【关键词】水利工程；电气自动化系统；防雷

电气自动化系统的应用可有效提升水利工程的管理水平，并能够提供更为准确水利工程相关数据与信息，但由于我国很多水利工程位于山区、树林等雷达高发地区，电气自动化系统很容易因此受到雷击的威胁，而为了尽可能降低这一威胁、推动我国水利工程领域发展，正是本文围绕水利工程电气自动化系统防雷措施开展具体研究的原因所在。

1常见的水利工程电气自动化系统防雷措施

1.1应用TVS管。TVS管也被称作瞬态电压抑制器，其本质上属于一种二极管形式的高效能保护器件，在两级受到反向瞬态高能量冲击时吸收高达数千瓦的浪涌功率属于其主要原理，这就使得TVS管可较好保护电子线路中的精密元器件，而由于TVS管具备漏电流低、响应时间快、击穿电压偏差小、瞬态功率大、箝位电压较易控制、体积小、无损坏极限等特点，这就使得其能够较好满足水利工程电气自动化系统防雷需要，在信号及电源线上、信号线及接地间设置TVS管属于较为典型的应用方式，而这不仅能够实现电气自动化系统的防雷，相关噪音带来的影响、引发的失灵问题也能够由此得以较好避免，图1为应用TVS管的典型防雷方案，由此即可更深入了解TVS管[1]。1.2采用UPS不间断电源。UPS电源具备较为优秀的稳压能力，这使得其能够在一定程度上实现线路中入侵突变电流或突变电压的抑制和净化，水利工程电气自动化系统的精密元器件自然能够由此得到较好保护。而如果出现因雷击事故引发的断电情况，UPS电源能够经过逆变器为电气自动化系统提供持续一定时间的电源供给，电气自动化系统结合UPS电源发送的信号将完成系统保护、不能保存数据的处理，电气自动化系统损坏、数据丢失的可能性由此将降到最低。值得注意的是，UPS电源的应急供电时间长短与其电源容量有关，水利工程电气自动化系统各类数据的安全性也会在一定程度上受到应急供电时间长短的影响，图2为UPS不间断电源原理图[2]。1.3做好接地和屏蔽。良好的接地和屏蔽同样属于较为常见的水利工程电气自动化系统防雷措施，以其中的接地为例，一般情况下接地电阻值越小则过电压值越低，因此可在经济合理情况下尽可能降低接地电阻。对于水利工程电气自动化系统的接地来说，可与动力装置共用接地网并尽可能与防雷接地网直接连接，围绕机房敷设环形接地母线并在中控室敷设均压带也能够有效提升接地的防雷能力。水利工程的调度室或中控室内往往存在需要另设接地网的特殊设备，这类特殊设备可通过放电器或击穿保险器连接工程地网与其接地网，正常时隔离、雷击时均衡电位目标可由此实现，同时还需要遵循业界规程严格开展水利工程电气自动化系统防雷的接地处理。屏蔽可有效降低水利工程电气自动化系统受到的雷电电磁干扰，调度室或中控室的金属地板、建筑钢筋便需要相互焊接形成等电位法拉第笼。部分水利工程电气自动化系统设备对屏蔽存在较高要求，这种情况下需要在中控室敷设金属屏蔽网，机房内环行接地母线则需要与金属屏蔽网实现多点连接。对于电气自动化系统相关的架空电力线来说，其由站内终端杆引下后应更换为屏蔽电缆，室外通信电缆则需要采用屏蔽层两端接地的屏蔽电缆。值得注意的是，电缆在进入室内前需要在0.6m以上埋地深度下水平埋地10m以上，非屏蔽电缆同样应水平埋地10m以上且需要穿镀锌铁管。

2水利工程电气自动化系统防雷措施的具体应用

2.1工程概况。为提升研究的实践价值，本文选择了某地S提水工程作为研究对象，该工程的取水泵站距离水库大坝约11km，水库的总库容、死水位、正常蓄水位分别为5.31亿m3、1052.00m、1086.00m，工程设计提水流量、日供水能力、日供水能力则分别为2.25m3/s、19.44万t、6060万m3。工程走线面临着穿越地层风险大、隧洞长、投资大、雷电气候条件影响严重等制约，为保证S提水工程电气自动化系统最大化自身效用发挥，建设人员基于系统运行实际合理选择了电气自动化系统的防雷措施。2.2电气自动化系统运行现状。结合以往大中型泵站的运行经验，采用了“无人值班，少人值守”运行方式进行泵站的设计，并选用了基于计算机监控的集中监控方式、泵站和35kV降压站变站合一的管理方式，这使得一个控制室即可完成35kV降压站与泵站的生产控制，电动机及其他设备的安全运行监视、运行参数与状态实时记录、远程操作控制与保护也能够统一由控制室完成。其中，FX泵站中控室主要负责穿洞泵站电气设备及泵组的远方监控，同时负责向PB管理者传递两个泵站的信息，而FX泵站与穿洞泵站均采用了分层分布开放式网络结构的计算机监控系统，系统包括语音报警设备、GPS时钟、打印机、通讯工作站、工程师工作站、主机兼操作员工作站、数据服务器。FX泵站与穿洞泵站分别设5台现地控制单元，且两台电动机设1台LCU单元控制级，泵站公用设备及35kV降压站设置1台公用单元控制级，微机监测仪表、微机继电保护及自动装置、电动机无功补偿装置需要与对应的单元LCU通信，厂用设备、各公用设备、机组辅助设备分别采用单独的可编程控制器（PLC），表1为穿洞泵站应用控制要求[3]。而对于电气自动化系统的继电保护自动化来说，设计人员基于《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》（GB/T50062-2008）配置设计了泵站主要电气设备的安全自动装置和继电保护装置，如电动机的保护配置便包括失步保护、失磁保护、定子绕阻低电压保护、电流速断保护、比率制动型纵联差保护、定子绕阻单相短路保护等。2.3防雷措施选用在S提水工程电气自动化系统防雷措施的选用中，相关人员严格遵循了《泵站设计规范》（GB50265-2010）、《电力设备过电压保护设计技术规程》（SDJ7-79）相关要求，因此两个泵站重点关注了直击雷保护、过电压保护、接地，具体内容如下为：①直击雷保护。由于主、副泵房均属于典型的钢筋混凝土结构，为避免直击雷造成电气自动化系统的破坏，工程采用了在屋顶敷设一圈避雷带的防直击雷措施。由于35kV主变压器布置于户外且紧靠副泵房，结合防雷计算，为避免其受到直击雷威胁，采用了在降压站附近设置24m高独立避雷针的防雷方式，户外电气设备因此便得到了避雷针的较好保护。此外，为避免35kV架空线引发直击雷危害，工程还在35kV架空线的进线段架设了专用避雷线。②过电压保护。为实现S提水工程电气自动化系统的过电压保护，工程在电动机6kV母线、泵站35kV进线处装设了避雷器，同时还在电动机进线端装设了一组避雷器。③接地。采用了自然接地体与人工接地体相结合的方式，接地系统的泵站联合采用计算机监控方式，且35kV降压站接地、泵站接地和其它电器设备接地共用一个接地网，接地电阻值≤1Ω。其中，自然接地体包括水工构筑物金属构架、拦污栅、各种闸门、出水管线的钢管和钢筋、进水钢管等，同时主变场、副厂房、全站主也形成了一个较为完善的接地系统。值得注意的是，人工接地网和自然接地体采用了两根截面为50mm×6mm的镀锌扁钢接地干线连接，全厂接地系统由此得以构成，埋地和埋水钢筋也为接地装置为厂内主接地网的充分连接提供了支持。在S提水工程电气自动化系统防雷措施的选用中，两个泵站内布置的各级电压电气设备也得到了重点关注，而为了进一步降低雷电的威胁，电气设备通过暗敷与明敷相结合方式与水平接地干线实现了充分连接，并形成了闭和回路。泵站不同建筑层的水平接地网则采用多根垂直接地干线连接成整体，且同时与接地网连接。此外，为基于结构钢筋形成屏蔽网，采用了沿厂房柱内每隔4～5m距离选定1～2根垂直钢筋与房顶及地板内表层水平钢筋焊牢的方式，而屏蔽网与接地干线的连接，则保证了整个结构电位均衡。值得注意的是，S提水工程电气自动化系统的防雷还在压开关室、通信室、中控室内敷设了均压网，主变场则敷设有均压网、闭合回路接地干线（暗敷），雷击危害由此实现了进一步控制。

3结论

综上所述，水利工程电气自动化系统防雷措施的应用具备较高现实意义，在此基础上，本文涉及的应用TVS管、采用UPS不间断电源、直击雷保护、过电压保护、接地等内容，则提供了可行性较高的防雷路径，而为了进一步降低水利工程电气自动化系统受到的雷害威胁，改变接地体周围的土壤结构、使用降阻剂等防雷措施也需要得到重视。

参考文献

[1]郑平.分析三岔河引子渡提水工程电气自动化系统防雷措施[J].低碳世界，2017（31）：70~71.

[2]杨勇.辽宁省大伙房水库输水工程电气自动化系统防雷措施分析[J].内蒙古水利，2016（03）：31~32.

[3]李红，周玲霞，杨兰凤，林佳萌.提高水利工程防雷能力建设的实践与思考[J].江苏水利，2014（03）：33~35.

作者:贺欣欣 单位:中国水利水电第八工程局有限公司