水利工程電氣自動化系統研究

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【摘要】為提升水資源利用效率，近年來我國水利工程領域發展迅速，電氣自動化系統在水利工程中的應用也日漸廣泛化，相關研究也因此大量涌現，基于此，本文簡單介紹了常見的水利工程電氣自動化系統防雷措施，并結合實例詳細論述了水利工程電氣自動化系統防雷措施的具體應用，希望由此能夠為相關業內人士帶來一定啟發。

【關鍵詞】水利工程；電氣自動化系統；防雷

電氣自動化系統的應用可有效提升水利工程的管理水平，并能夠提供更為準確水利工程相關數據與信息，但由于我國很多水利工程位于山區、樹林等雷達高發地區，電氣自動化系統很容易因此受到雷擊的威脅，而為了盡可能降低這一威脅、推動我國水利工程領域發展，正是本文圍繞水利工程電氣自動化系統防雷措施開展具體研究的原因所在。

1常見的水利工程電氣自動化系統防雷措施

1.1應用TVS管。TVS管也被稱作瞬態電壓抑制器，其本質上屬于一種二極管形式的高效能保護器件，在兩級受到反向瞬態高能量沖擊時吸收高達數千瓦的浪涌功率屬于其主要原理，這就使得TVS管可較好保護電子線路中的精密元器件，而由于TVS管具備漏電流低、響應時間快、擊穿電壓偏差小、瞬態功率大、箝位電壓較易控制、體積小、無損壞極限等特點，這就使得其能夠較好滿足水利工程電氣自動化系統防雷需要，在信號及電源線上、信號線及接地間設置TVS管屬于較為典型的應用方式，而這不僅能夠實現電氣自動化系統的防雷，相關噪音帶來的影響、引發的失靈問題也能夠由此得以較好避免，圖1為應用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不間斷電源。UPS電源具備較為優秀的穩壓能力，這使得其能夠在一定程度上實現線路中入侵突變電流或突變電壓的抑制和凈化，水利工程電氣自動化系統的精密元器件自然能夠由此得到較好保護。而如果出現因雷擊事故引發的斷電情況，UPS電源能夠經過逆變器為電氣自動化系統提供持續一定時間的電源供給，電氣自動化系統結合UPS電源發送的信號將完成系統保護、不能保存數據的處理，電氣自動化系統損壞、數據丟失的可能性由此將降到最低。值得注意的是，UPS電源的應急供電時間長短與其電源容量有關，水利工程電氣自動化系統各類數據的安全性也會在一定程度上受到應急供電時間長短的影響，圖2為UPS不間斷電源原理圖[2]。1.3做好接地和屏蔽。良好的接地和屏蔽同樣屬于較為常見的水利工程電氣自動化系統防雷措施，以其中的接地為例，一般情況下接地電阻值越小則過電壓值越低，因此可在經濟合理情況下盡可能降低接地電阻。對于水利工程電氣自動化系統的接地來說，可與動力裝置共用接地網并盡可能與防雷接地網直接連接，圍繞機房敷設環形接地母線并在中控室敷設均壓帶也能夠有效提升接地的防雷能力。水利工程的調度室或中控室內往往存在需要另設接地網的特殊設備，這類特殊設備可通過放電器或擊穿保險器連接工程地網與其接地網，正常時隔離、雷擊時均衡電位目標可由此實現，同時還需要遵循業界規程嚴格開展水利工程電氣自動化系統防雷的接地處理。屏蔽可有效降低水利工程電氣自動化系統受到的雷電電磁干擾，調度室或中控室的金屬地板、建筑鋼筋便需要相互焊接形成等電位法拉第籠。部分水利工程電氣自動化系統設備對屏蔽存在較高要求，這種情況下需要在中控室敷設金屬屏蔽網，機房內環行接地母線則需要與金屬屏蔽網實現多點連接。對于電氣自動化系統相關的架空電力線來說，其由站內終端桿引下后應更換為屏蔽電纜，室外通信電纜則需要采用屏蔽層兩端接地的屏蔽電纜。值得注意的是，電纜在進入室內前需要在0.6m以上埋地深度下水平埋地10m以上，非屏蔽電纜同樣應水平埋地10m以上且需要穿鍍鋅鐵管。

2水利工程電氣自動化系統防雷措施的具體應用

2.1工程概況。為提升研究的實踐價值，本文選擇了某地S提水工程作為研究對象，該工程的取水泵站距離水庫大壩約11km，水庫的總庫容、死水位、正常蓄水位分別為5.31億m3、1052.00m、1086.00m，工程設計提水流量、日供水能力、日供水能力則分別為2.25m3/s、19.44萬t、6060萬m3。工程走線面臨著穿越地層風險大、隧洞長、投資大、雷電氣候條件影響嚴重等制約，為保證S提水工程電氣自動化系統最大化自身效用發揮，建設人員基于系統運行實際合理選擇了電氣自動化系統的防雷措施。2.2電氣自動化系統運行現狀。結合以往大中型泵站的運行經驗，采用了“無人值班，少人值守”運行方式進行泵站的設計，并選用了基于計算機監控的集中監控方式、泵站和35kV降壓站變站合一的管理方式，這使得一個控制室即可完成35kV降壓站與泵站的生產控制，電動機及其他設備的安全運行監視、運行參數與狀態實時記錄、遠程操作控制與保護也能夠統一由控制室完成。其中，FX泵站中控室主要負責穿洞泵站電氣設備及泵組的遠方監控，同時負責向PB管理者傳遞兩個泵站的信息，而FX泵站與穿洞泵站均采用了分層分布開放式網絡結構的計算機監控系統，系統包括語音報警設備、GPS時鐘、打印機、通訊工作站、工程師工作站、主機兼操作員工作站、數據服務器。FX泵站與穿洞泵站分別設5臺現地控制單元，且兩臺電動機設1臺LCU單元控制級，泵站公用設備及35kV降壓站設置1臺公用單元控制級，微機監測儀表、微機繼電保護及自動裝置、電動機無功補償裝置需要與對應的單元LCU通信，廠用設備、各公用設備、機組輔助設備分別采用單獨的可編程控制器（PLC），表1為穿洞泵站應用控制要求[3]。而對于電氣自動化系統的繼電保護自動化來說，設計人員基于《電力裝置的繼電保護和自動裝置設計規范》（GB/T50062-2008）配置設計了泵站主要電氣設備的安全自動裝置和繼電保護裝置，如電動機的保護配置便包括失步保護、失磁保護、定子繞阻低電壓保護、電流速斷保護、比率制動型縱聯差保護、定子繞阻單相短路保護等。2.3防雷措施選用在S提水工程電氣自動化系統防雷措施的選用中，相關人員嚴格遵循了《泵站設計規范》（GB50265-2010）、《電力設備過電壓保護設計技術規程》（SDJ7-79）相關要求，因此兩個泵站重點關注了直擊雷保護、過電壓保護、接地，具體內容如下為：①直擊雷保護。由于主、副泵房均屬于典型的鋼筋混凝土結構，為避免直擊雷造成電氣自動化系統的破壞，工程采用了在屋頂敷設一圈避雷帶的防直擊雷措施。由于35kV主變壓器布置于戶外且緊靠副泵房，結合防雷計算，為避免其受到直擊雷威脅，采用了在降壓站附近設置24m高獨立避雷針的防雷方式，戶外電氣設備因此便得到了避雷針的較好保護。此外，為避免35kV架空線引發直擊雷危害，工程還在35kV架空線的進線段架設了專用避雷線。②過電壓保護。為實現S提水工程電氣自動化系統的過電壓保護，工程在電動機6kV母線、泵站35kV進線處裝設了避雷器，同時還在電動機進線端裝設了一組避雷器。③接地。采用了自然接地體與人工接地體相結合的方式，接地系統的泵站聯合采用計算機監控方式，且35kV降壓站接地、泵站接地和其它電器設備接地共用一個接地網，接地電阻值≤1Ω。其中，自然接地體包括水工構筑物金屬構架、攔污柵、各種閘門、出水管線的鋼管和鋼筋、進水鋼管等，同時主變場、副廠房、全站主也形成了一個較為完善的接地系統。值得注意的是，人工接地網和自然接地體采用了兩根截面為50mm×6mm的鍍鋅扁鋼接地干線連接，全廠接地系統由此得以構成，埋地和埋水鋼筋也為接地裝置為廠內主接地網的充分連接提供了支持。在S提水工程電氣自動化系統防雷措施的選用中，兩個泵站內布置的各級電壓電氣設備也得到了重點關注，而為了進一步降低雷電的威脅，電氣設備通過暗敷與明敷相結合方式與水平接地干線實現了充分連接，并形成了閉和回路。泵站不同建筑層的水平接地網則采用多根垂直接地干線連接成整體，且同時與接地網連接。此外，為基于結構鋼筋形成屏蔽網，采用了沿廠房柱內每隔4～5m距離選定1～2根垂直鋼筋與房頂及地板內表層水平鋼筋焊牢的方式，而屏蔽網與接地干線的連接，則保證了整個結構電位均衡。值得注意的是，S提水工程電氣自動化系統的防雷還在壓開關室、通信室、中控室內敷設了均壓網，主變場則敷設有均壓網、閉合回路接地干線（暗敷），雷擊危害由此實現了進一步控制。

3結論

綜上所述，水利工程電氣自動化系統防雷措施的應用具備較高現實意義，在此基礎上，本文涉及的應用TVS管、采用UPS不間斷電源、直擊雷保護、過電壓保護、接地等內容，則提供了可行性較高的防雷路徑，而為了進一步降低水利工程電氣自動化系統受到的雷害威脅，改變接地體周圍的土壤結構、使用降阻劑等防雷措施也需要得到重視。

參考文獻

[1]鄭平.分析三岔河引子渡提水工程電氣自動化系統防雷措施[J].低碳世界，2017（31）：70~71.

[2]楊勇.遼寧省大伙房水庫輸水工程電氣自動化系統防雷措施分析[J].內蒙古水利，2016（03）：31~32.

[3]李紅，周玲霞，楊蘭鳳，林佳萌.提高水利工程防雷能力建設的實踐與思考[J].江蘇水利，2014（03）：33~35.

作者:賀欣欣 單位:中國水利水電第八工程局有限公司