泵站自動控制系統防雷措施探討
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摘要：闡述泵站逐步采用了自動化控制方式，以PLC為基礎構建監控網絡，難以承載激烈的瞬態過電壓狀態。當泵站受到雷電的沖擊，需要對自動化系統采用適當的保護措施。
引言
雷電危害途徑能夠細致劃分為五大類別：（1）直擊雷：雷電作用于建筑物、樹木等處，因為存在一定的熱電效應，所以物體會出現一定的損害。（2）靜電感應：通常情況下，對線路來說，雷云之下的高壓架空線路，能夠感應處于300～400kV范圍內的過電壓；即便處于電信線路中，也能夠感應處于40～60kV區間中的過電壓。（3）電磁感應：當發生雷電時，引下線附近將會引發磁場，此時，金屬管線將會出現瞬間過電壓的情況。（4）地電位反擊：借助避雷網的作用，直擊雷將會接地，此時，地網地電位逐步提高，高電壓會作用于電子設備，由此引發反擊情況。（5）雷電波侵入：由于受到直擊雷的作用，電源線會加載一定的過電壓于線路之中，所以設備會受到一定的損害。
1瞬態過電壓對自控設備的危害
當對泵站進行實際設計的過程中，均會關注于對直擊雷進行必要的防護。絕大多數自動化控制系統均處于廠房內部，網絡線則設定于電纜溝內部，故而，基本不可能受到直接雷擊?；谑纸浀涞睦纂婋姶琶}沖理論可以得知：如果發生了設備損壞，則很可能源于雷電感應浪涌電壓的作用，這種電壓為特殊的尖峰沖擊電壓，學者們一般也將其稱之為瞬態過電壓。其能夠基于電源線、通信線等，將一定的感應浪涌電壓波，引入至某特定的設備當中，并損傷電源模板、I/0模板，使其難以保持順利運行。去年我處即遇到這一情況，瞬態過電壓致使網絡交換機（SWITCH）、集線器（HUB）、計算機電源以及部分顯示器均遭損壞。
2泵站自控系統防雷措施
基于上述內容能夠得知，我處當前建立的雷電防護體系，已無法切實滿足日益提高的安全要求，故而，必須有效預防直擊雷、有效預防地電位反擊等，將有源防護緊密銜接于無源防護，構建科學完善的三維防護體系。綜合來看，首先，需要自配電系統、天饋系統等方面著手，再借助于接閃、均壓、接地等一系列方式，充分保護泵站現有的自控系統。
2.1自控配電系統的防雷
如果雷擊作用于輸電線路周邊，則必將產生一定的雷電沖擊波，而且很可能和工頻回路發生耦合的情況，這樣即能夠損傷到電源模塊，故而，對自控系統來說，如果其想要有效防雷，必須先保護自己的配電線路。當前時期，如果選用三級浪涌電壓保護器，將能夠達到良好的防雷效果，但必須將電源用線完全獨立于照明用線。其分布方式具體如下：（1）第一級，一般處于變壓器二次側的三根相線等位置，依次接地，旨在外放相對較高的過電壓，雷通量顯著，然而，避雷器啟動時存在相對較大的分散電容，和負載彼此分流，通常情況下，其所釋放的殘壓高為啟動電壓的2～2.5倍。（2）第二級，一般處于PLC處的三根相線等位置，依次接地，旨在外泄前面一級的殘壓，不會受到來源于電磁干擾等諸多因素的種種局限。（3）第三級，一般處于PLC的相線等位置，依次接地，旨在外泄前面兩級的殘壓，保護相關設備不會受到來源于過電壓的干擾。目前，我處的各大泵站都已采用德國OBOBETTERMANN公司的電源防雷器在線路上進行保護，在今年的幾次雷擊中，效果明顯，未發生因雷擊事故而造成的設備損壞。
2.2信號系統與天饋系統防雷
自控系統信號線主要選用十分特殊的屏蔽雙絞線，主要選用穿管鋪設的方式，在此條件下，雷電所達到的感應電壓處于l～2kV的區間中，然而，其能夠進入PLC的通信口(電壓處于5～48V的范圍內)，也許會引發顯著損傷。需要注意，計算機數據交換過程中，大約為數十兆赫茲，而在對避雷器進行實際選擇的過程中，應當選擇專用信號SPD。這是由于，若通信電纜感應雷釋放了一定的瞬態過電壓，則此情況下，雷電流能夠基于SPD支路接地，SPD的輸出限制在設備的允許電壓上。泵站間的無線電通信功率低，其連接線都采用同軸電纜。對天線的防雷主要是選用天饋線路SPD，用來抑制從天線引入的雷電波，它采用波道分流技術，將雷電流和有用的信號分開。當受到雷擊時快速有效地將感應雷電流通過雷電支路泄放到大地。目前我處采用的是德國OBOBETTERMANN公司的信號防雷器，經過觀察測試，取得了良好的效果，該防雷器工作穩定，對自控信號線路進行了有效的保護。
2.3屏蔽、等電位處理
值得一提的是，泵站控制室內的通信電纜，需要盡可能選用屏蔽電纜。與此同時，控制室還可順著地面設定一定數量的銅排，以此構建出閉環接地匯流母排，再將電源地、機柜外殼等相關的電位接地，并與其緊密銜接，再將等電位連接線選定為截面處于4～10mm2范圍內的銅芯線，即可達到良好的保護效果。
2.4合理接地
如果想要有效防雷，必須將雷電流接地。通常情況下，站內接地能夠細致劃分為若干類別，其中包含構筑物接地以及計算機自控系統接地等。（1）構筑物接地主要選用避雷針等，其不僅僅應該將建筑物內含有的鋼筋結構進行接地，還需要連接接地網。這是由于，若只緊密銜接于構筑物內含有的鋼筋結構，那么，當對其進行焊接的過程中，無法切實保障良好的質量，發生雷擊時，也難以得到實際的均壓情況，很可能于構筑物當中引發強磁場。需要注意，接閃器必須設定若干引下線，才能夠迅速分流雷電流，這樣有助于降低各個線路的泄放電流量。除此之外，室內計算機等設備不得與避雷網相隔較近。（2）由于配電系統所選用的接地舉措效果顯著，不存在較大問題，本論不做細致闡述。（3）計算機自控系統十分特別，為別具一格的用電系統之一，涉及下述接地方式：①系統工作接地方式；②安全保護接地方式，這兩種方式的接地電阻均小于獲得等于4Ω；③直流工作接地方式，該方式的接地電阻小于獲得等于2Ω。我處泵站基于當前的情況，決定選用聯合接地的方式，但需要注意的是，接地電阻不得高于或者等于2Ω。（4）三大接地網需要獨立設置，這是由于：①大部分的泵站構筑物在實際建設的過程中，并沒有對計算機等新興的弱電設備進行綜合考量，不僅如此，接閃地與設備也獨立設置。②泵站之中主要選用某特定的接地系統，但因為用電相對復雜，該系統在實際運行的過程中，也許存在地線電流不等于0的情況。如果選用聯合接地的方式，那么，計算機接地電位將會提升至Id＝Rd，在此情況下，也許會出現反擊的情況。③即為新增計算機時，如果想要和構筑物之間接地，那么接地電阻必須不得超過0.5Ω，然而，如果想要達到這一標準，必須耗費較高的造價成本。在地網依次設置的過程當中，需要盡可能預防各地網彼此間出現閃絡的情況。發生雷擊時，地網和其周邊導體會引發相對較高的電位，如果地網分開，也許會使接閃接地體向著其余的接地體發生閃絡的情況。故而，自控系統接地過程中，各地網彼此間的實際距離不得低于10m。如果將接地線引入室內條件下，則不得和其余的地網相隔較近，可選擇某些絕緣舉措加以保護。
3結語
每年必須對接地電阻進行年度的預防性試驗，發現阻值偏大，要立即上報上級主管部門進行及時處理。駱運管理處維修養護中心每年都對處屬各大泵站的接地電阻進行預防性試驗，防范雷擊事故，保障設備的正常運行。
參考文獻
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作者：蔡磊 馮杰 黃建 單位：江蘇省駱運水利工程管理處