水利工程电气自动化系统探讨

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摘要：为优化水利工程电气自动化系统，避免其受到电压和电流影响而发生雷击现象，降低故障几率，提出了屏蔽与等电位的防雷措施，配电部分的防雷措施，信号系统与天线反馈部分的防雷措施，计算机系统和构筑物的防雷措施，采取科学有效的方法，消除安全隐患，保障控制系统、通信系统和监测系统稳定运行，实现水利系统的自动化和智能化发展，为水利工程电气自动化系统防雷建设提供参考。

关键词：水利工程；电气自动化；防雷措施

电气自动化系统在促进水利工程安全运行中发挥着重要作用，在看到其作用的同时，也要对其存在的安全隐患进行深入分析，制定科学有效的措施，解决其中的问题。1960年以前，我国电力系统的单机容量不超过10万千瓦，总容量在几百万千瓦左右。19601970年，电力系统规模已经发展到几千万千瓦，单机容量已超过几十万千瓦，并形成各个区域间的联网，其在系统稳定、综合自动化和经济调度方面提出了新的需求。19801990年，20万kW以上的大型火力发电机组开始采用实时安全监控和自动起停全过程闭环控制，在电网监测中应用了功能齐全的整套计算机软硬件系统，实时监控系统（SCADA）可实时监测电网运行状态，电厂综合自动化的计算机监控、大坝监测和水力发电站的水库调度开始得到推广。电气自动化系统主要由控制系统、通信系统和监测系统等组成，这些组成系统极易受到电压和电流的影响，容易发生雷击现象。故此，对水利工程电气自动化系统的防雷措施进行深入研究，具有重要意义。

1屏蔽与等电位的防雷措施

屏蔽电缆是屏蔽与等电位防雷中常用的材料，为了最大限度发挥此材料的性能，控制室地面需要铺设紫铜排，形成一个闭环、接地的汇流母排。遥控是把监控中心的调节和控制信号输送到位于电站的接收端，并对控制对象实施控制过程。遥信是把电站的开关量输送到监测中心的接收端，对开关量数据进行显示的过程。遥测是把电站的模拟量通过变换输送到位于监测中心的接收端，对模拟量数据进行显示的过程。远动装置主要由存储程序式逻辑装置和布线逻辑式远动装置组成，前者是一种利用计算机语言逻辑的远动装置，后者是以固定接线方式及硬件逻辑电路实现远动装置功能。配电箱外壳、电源接地线需要与汇流母排连接起来，连接过程中使用的铜芯线要控制在4～10mm2。

2配电部分的防雷措施

配电线路是整个自动化系统的重要组成部分。目前，对于配电部分的防雷主要是通过瞬态过电压保护器实现的，这种防雷措施也被称为三级浪涌电压保护器。实践表明，这种防雷措施具有很强的效果。瞬态过电压保护器的三级保护依次为：一是第一级，分布于配电线路进线柜断路器后方，这些线路具有良好的强电压泄放功能，这种保护器还具有很强的雷通量，可对不同的负载实现分流目的，电压比启动电压高2􀆰5倍［1］。二是与第一级一样采用对地并联方式，通过对地并联，有效将第一级残压及其他电器设备产生的电压分流出去，预防电磁设备损坏。三是采用对地并联方式，实现释放残压、抗过压干扰保护的目的。除此之外，在具体配电防雷中，可以通过压敏电阻或瞬态电压抑制器等方式，构建有效的防雷体系，实现多层次的削弱作用。

3信号系统与天线反馈部分的防雷措施

目前，水利工程自动化系统信号线通常采用特制的屏蔽线，铺设采用穿管方式。需要注意的是，尽管管道过电时的电压在1～2kV，处于安全范围内，但是如果雷电对计算机通信端口造成损害，此时的电压值就会远远大于电压安全标准，对整个自动化系统造成严重危害。在进行信号系统与天线反馈部分防雷时，电力技术人员要始终以计算机通信交换过程中的实时频率作为防雷依据，选择合理有效的避雷器。专用信号避雷器是信号系统与天线反馈部分防雷措施中最为常用的避雷器，其三级浪涌保护器可以实现电流排放目的，能够保证本身输出的电流处于安全范围内。天线反馈部分采用三级浪涌保护器，可以对雷电波形成分流作用，对有用信号和雷电流进行分离，快速实现雷电流的地下排出。

4其他部分的防雷措施

在电气自动化系统防雷过程中，要始终明确和贯彻防雷的基本原则，要将雷电产生的电流安全引入到地下，保证整个自动化系统的安全性。防雷工作的关键是接地，其他部分防雷主要是指计算机系统和构筑物。计算机系统防雷措施。计算机用电系统较为复杂，节电系统较多，其主要有以下几种：a．工作接地。通常情况下，电阻不大于4Ω；b．安全保护接地。电阻不大于4Ω；c．直流工作接地。信号屏蔽接地电阻与逻辑接地电阻均不大于2Ω；d．若上述情况没有被明确区分，则可以选用联合接地方式，并保证接地电阻小于2Ω［2］。构筑物防雷措施。构筑物防雷需要关注的因素较多，常用的防雷措施主要有消雷器、避雷针和避雷带。在进行计算机系统和构筑物防雷工作时，要分开设置三大接地网。一方面是因为在修建建筑物时，可能没有对弱点设备进行充分考量，导致后期使用过程中极易出现雷电反应，设备会出现诸多安全隐患，因而需要分开设置；另一方面，用电情况复杂时，电流会发生变化，此时如果采用联合接地方式，不但无法实现防雷目的，还会造成反击结果［3－6］。

5结语

电气自动化系统促进了水利工程的发展，其自动化和智能化发展趋势使水利工程运行更加快捷有效。但是，设备愈加智能和自动，其发生故障的几率也就愈大。通过分析几种不同情况下的防雷情况，提出具有针对性的防雷措施［7－8］，为水利工程电气自动化系统防雷建设提供参考。

参考文献：

［1］刘宇，余昊哲．电气自动化在水利水电工程中的应用［J］．南方农机，2018，49（24）：114．

［2］李爱淑，陆微．电气工程及自动化控制系统的应用探讨［J］．科技创新导报，2019，16（30）：11－13．

［3］潘鑫，曹恒楼，何洋．电气自动化在水利水电工程中的应用［J］．工程建设与设计，2018，（03）：100－101，104．

［4］林朝武．电气自动化在水利水电工程中的应用初探［J］．科技风，2018，（04）：157．

［5］刘沫然．电气自动化在水利水电工程中的应用分析［J］．低碳世界，2016，（06）：86－87．

［6］樊佳睿．电力系统运行中电气自动化技术的应用策略［C］／／劳动保障研究会议论文集（四），2020．

［7］杨丽丽．水电工程中电气自动化技术探讨［J］．信息与电脑（理论版），2015，（11）：26－27．

［8］王德真．电力系统自动化控制中的智能技术应用探究［J］．南方农机，2019，（15）：181－182．

作者：焦丹丹 王阳 那宏壮 李大尉 单位：黑龙江省科学院高技术研究院