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元江县水利水电勘测设计院 云南省 玉溪市 元江县 653300
摘要：随着我国科技和经济的不断发展，在用电上也越来越自动化，在科学技术进步的同时，我国多种类型的水电站都引入了微型计算机控制的自动化系统。这些计算机控制的水电站设备由于采用高度的集成单元和电路，对于短时过电压的设备承受承受能力较低，成为了水电站受损的主要原因。本篇文章主要分析了在水电站自动化系统中出现的雷电干扰的主要方式，并且提出了自动化系统中防雷电的措施和方法，以供参考。
关键词：水电站；自动化系统；防雷设计；探究
我国实际测量到的雷电最大流量为200kA/s，通常情况下雷电流量是低于100kA/s的，这么大的电流无论是对于高层的建筑结构还是水电站设备，都会对供电设备造成干扰现象。为了保证水电站可靠、安全运行，除了在水电站软件、硬件等方面采用可靠的防雷设备，还要针对水电站自身的情况，进行防雷设计。
一、雷电干扰水电站自动化系统的主要方式
雷电灾害的特征是由二维空间向三维空间入侵，从过电压波到内电击沿线路传输，变为空间闪电中的脉冲电磁场，使雷电从三维空间中击入到每一个部分，对水电站造成严重损坏，水电站的防雷干扰从感应雷、直击雷转换为防止雷电电磁脉波的冲击[1]。
（一）从电源线路中侵入
雷电干扰进入电源线路设备的主要方式有：电容耦合、电磁耦合以及直接进入三种方式。
1、电容耦合
电容耦合就是当电源线路的距离和其它供电设备的导线距离很近时，雷电沿着线路进入到电源设备后，电源导线的电场通过电容耦合效应对水电站附近的供电设备线路产生电容感应，电容耦合的线路情况如下图所示：
电容耦合线路类型
2、电磁耦合
在用电装置、电气设备和电子设备中，为了方便固定和检查，通常会把各种连接的导线捆扎成电缆，电缆内存在着不同程度的电磁耦合。当雷电沿着电源线进行传播时，依据耦合感应的原理可以知道：电源线和其它的设备相互连接时，各个导线之间有磁场耦合，严重的时候可以导致各个设备之间遭到干扰，致使线路的性能降低或者不能正常工作[2]。
3、直接进入
直接进入是雷电直接把电源线击中，通过所有的电源进入到二次供电回路中，雷电产生的高压会给供电线路带来致命的损坏，例：以最大的雷电电流量100Ka/ms计算，在长十米的单根引线上，电感电压将会达到1MV之上[3]。实际情况下，因为有电晕带来的损耗，会适当的降低电压，但是雷电也会直接的损毁水电站中大部分供电设备。
（二）从地电位中侵入
当雷电电击经过避雷器或者避雷针的接地引下线进入到水电站中，水电站中控室的接地网再次经过接地网地面时，因为息电位的分布不均匀，就会导致接地网局部会升高电位，而地网旁的电缆通常情况下会有控制、通信、计量或者二次保护等供电设备的弱压电缆，这个电位差会在电缆的屏蔽层内出现表皮电流，表皮电流通过芯线（屏蔽层中的耦合）对电缆芯线出现的干扰电压，对二次供电设备造成干扰[4]。由于干扰方式不同，干扰的类别可分为差模干扰和共模干扰。出现差模干扰是正常信号和信号回路中电压相互串联的一种磁场耦合。出现工模干扰是由于电缆的导线（电源线、信号线）和地线中的干扰造成的，通常情况下是因为地网中的地电结升高导致的。
雷电的放电参数有两个：第一个是雷电流起到了主要的破坏作用，电流是几十安至数百安，而且作用的时间极短，第二个是和雷电电流的上升速度有关，在一般情况下被称为陡度，数值在1至80KA之间。雷电对于水电站中供电设备的影响是两个或以上的放电特征引起的，可以分为感应雷影响和直击雷影响。
感应雷对水电站供电设备的不利因素主要为：雷电反击、电磁感应、静电感应等破坏作用。直击雷影响对水电站供电设备的不利影响主要是雷电冲击波破坏供电设备、热效应破坏供电设备、电效应破坏供电设备。
二、水电站供电设备防雷设计研究
（一）通讯线防雷
水电站自动化控制系统的通讯线通常情况下使用特制的屏蔽线，而且在安装的时候都是电缆沟或者穿管直埋进行铺设，因此在雷电击害时对于此部分的电压感应不高。但是因为是直接埋入的，是计算机通讯口的薄弱环节，所以遭受的损坏也会比较大。通讯频率或者计算机交换数据都是直流到数十赫兹流量，在选取避雷器的时候除非要做特殊的处理，通常情况下是不使用氧化物的避雷器的，由于氧化物避雷器分布电容比较大，所以对高频供电设备的损坏也比较大。在选取此种类型的避雷器时，要以速率或者通信频率来确定，对高频讯号设备要使用特殊设计的防雷器保证与该系统阻抗相互对应，否则会出现信号反射现象。选择避雷器应该接近通讯的接口处进行安装工作，主要目的是减少反射损耗，网络通讯线路最好的防雷方式是使用光纤网络。
（二）建筑物控制室防雷
控制室是控制供电设备的信息中心，很多有价值的仪器仪表、通讯设备、计算机设备，是水电站的调度、生产监控中心，所以对于防雷的要求要更高。控制室内应该敷设均匀压带并且围绕供电机房敷设环形的接地母线，主要目的是形成均压等电位屏蔽[5]。有控制室的建筑物应该安装避雷网和避雷带，仅安装避雷针在水电站中防雷中的效果并不佳，由于水电站控制室内的建筑物高度较低，所以地势比较宽旷，接近水源，容易受到来自各个方向的雷电击害。控制室所在的建筑物接地线组应该小于10欧。室内控制室的设备、计算机应该尽量的放置在远离避雷针导线金属体的地方。
（三）防止地电位干扰
为了可以减少由于雷電引起的损坏电位差，防止雷电干扰的方法有：金属屏蔽接地、等电位连接、升高局部电位等。
现代的防雷理论主要是使用等电位连接，水电站自动化系统可以实现的电位连接主体有：电子设备构成的供电系统、防雷装置、供电线路、可以进入建筑物内的金属管道等系统。在防雷设计上应该采取导线连接和线夹在排座连接时地等电位连接，需要的时候可以使用浪涌保护器进行等电位连接[6]。通过星形的结构把设备在最短的时间、距离内连接到相邻地连接板等电位中。供电设备的外部接地交流电源中性点接地、电缆屏蔽层接地以及直流工作层接地。在同一个屏蔽柜中使用一个公共的接地端子，接地铜线的面积尺寸要超过35毫米。
结语：
综上所述，本篇文章对现代水电站自动化运营中雷电侵入的方式进行了分析，在水电站自动化的防雷设计中使用合理科学的措施，确保水电站自动化系统的可靠、安全运营。
参考文献：
[1]李尧生.基于防雷设计的供电调度自动化系统研究[J].电子世界，2014，06：32.
[2]张世中，胡哲.某水电站内部观测自动化系统防雷措施[J].长江科学院院报，2009，05：31-33+49.
[3]彭沛欣，谢常青，毛琦.水电站监控系统的综合防雷设计策略[J].水电站机电技术，2009，03：19-21+35.
[4]赵斌，赵志勇，邱小弟，廖占勇，崔岗.小湾水电站安全监测自动化系统的总体设计[J].水电自动化与大坝监测，2009，06：53-57.
[5]孙小江，夏胜春，陶志坚，蒋汉贵.基于IEC61850标准的智能水电站自动化系统设计与应用[J].电工技术，2012，12：59-61.
[6]孙庆锋，毛良明.盘石头水库大坝安全监测系统防雷方案设计[J].水利水电技术，2010，06：35-37.
摘要：随着我国科技和经济的不断发展，在用电上也越来越自动化，在科学技术进步的同时，我国多种类型的水电站都引入了微型计算机控制的自动化系统。这些计算机控制的水电站设备由于采用高度的集成单元和电路，对于短时过电压的设备承受承受能力较低，成为了水电站受损的主要原因。本篇文章主要分析了在水电站自动化系统中出现的雷电干扰的主要方式，并且提出了自动化系统中防雷电的措施和方法，以供参考。
关键词：水电站；自动化系统；防雷设计；探究
我国实际测量到的雷电最大流量为200kA/s，通常情况下雷电流量是低于100kA/s的，这么大的电流无论是对于高层的建筑结构还是水电站设备，都会对供电设备造成干扰现象。为了保证水电站可靠、安全运行，除了在水电站软件、硬件等方面采用可靠的防雷设备，还要针对水电站自身的情况，进行防雷设计。
一、雷电干扰水电站自动化系统的主要方式
雷电灾害的特征是由二维空间向三维空间入侵，从过电压波到内电击沿线路传输，变为空间闪电中的脉冲电磁场，使雷电从三维空间中击入到每一个部分，对水电站造成严重损坏，水电站的防雷干扰从感应雷、直击雷转换为防止雷电电磁脉波的冲击[1]。
（一）从电源线路中侵入
雷电干扰进入电源线路设备的主要方式有：电容耦合、电磁耦合以及直接进入三种方式。
1、电容耦合
电容耦合就是当电源线路的距离和其它供电设备的导线距离很近时，雷电沿着线路进入到电源设备后，电源导线的电场通过电容耦合效应对水电站附近的供电设备线路产生电容感应，电容耦合的线路情况如下图所示：
电容耦合线路类型
2、电磁耦合
在用电装置、电气设备和电子设备中，为了方便固定和检查，通常会把各种连接的导线捆扎成电缆，电缆内存在着不同程度的电磁耦合。当雷电沿着电源线进行传播时，依据耦合感应的原理可以知道：电源线和其它的设备相互连接时，各个导线之间有磁场耦合，严重的时候可以导致各个设备之间遭到干扰，致使线路的性能降低或者不能正常工作[2]。
3、直接进入
直接进入是雷电直接把电源线击中，通过所有的电源进入到二次供电回路中，雷电产生的高压会给供电线路带来致命的损坏，例：以最大的雷电电流量100Ka/ms计算，在长十米的单根引线上，电感电压将会达到1MV之上[3]。实际情况下，因为有电晕带来的损耗，会适当的降低电压，但是雷电也会直接的损毁水电站中大部分供电设备。
（二）从地电位中侵入
当雷电电击经过避雷器或者避雷针的接地引下线进入到水电站中，水电站中控室的接地网再次经过接地网地面时，因为息电位的分布不均匀，就会导致接地网局部会升高电位，而地网旁的电缆通常情况下会有控制、通信、计量或者二次保护等供电设备的弱压电缆，这个电位差会在电缆的屏蔽层内出现表皮电流，表皮电流通过芯线（屏蔽层中的耦合）对电缆芯线出现的干扰电压，对二次供电设备造成干扰[4]。由于干扰方式不同，干扰的类别可分为差模干扰和共模干扰。出现差模干扰是正常信号和信号回路中电压相互串联的一种磁场耦合。出现工模干扰是由于电缆的导线（电源线、信号线）和地线中的干扰造成的，通常情况下是因为地网中的地电结升高导致的。
雷电的放电参数有两个：第一个是雷电流起到了主要的破坏作用，电流是几十安至数百安，而且作用的时间极短，第二个是和雷电电流的上升速度有关，在一般情况下被称为陡度，数值在1至80KA之间。雷电对于水电站中供电设备的影响是两个或以上的放电特征引起的，可以分为感应雷影响和直击雷影响。
感应雷对水电站供电设备的不利因素主要为：雷电反击、电磁感应、静电感应等破坏作用。直击雷影响对水电站供电设备的不利影响主要是雷电冲击波破坏供电设备、热效应破坏供电设备、电效应破坏供电设备。
二、水电站供电设备防雷设计研究
（一）通讯线防雷
水电站自动化控制系统的通讯线通常情况下使用特制的屏蔽线，而且在安装的时候都是电缆沟或者穿管直埋进行铺设，因此在雷电击害时对于此部分的电压感应不高。但是因为是直接埋入的，是计算机通讯口的薄弱环节，所以遭受的损坏也会比较大。通讯频率或者计算机交换数据都是直流到数十赫兹流量，在选取避雷器的时候除非要做特殊的处理，通常情况下是不使用氧化物的避雷器的，由于氧化物避雷器分布电容比较大，所以对高频供电设备的损坏也比较大。在选取此种类型的避雷器时，要以速率或者通信频率来确定，对高频讯号设备要使用特殊设计的防雷器保证与该系统阻抗相互对应，否则会出现信号反射现象。选择避雷器应该接近通讯的接口处进行安装工作，主要目的是减少反射损耗，网络通讯线路最好的防雷方式是使用光纤网络。
（二）建筑物控制室防雷
控制室是控制供电设备的信息中心，很多有价值的仪器仪表、通讯设备、计算机设备，是水电站的调度、生产监控中心，所以对于防雷的要求要更高。控制室内应该敷设均匀压带并且围绕供电机房敷设环形的接地母线，主要目的是形成均压等电位屏蔽[5]。有控制室的建筑物应该安装避雷网和避雷带，仅安装避雷针在水电站中防雷中的效果并不佳，由于水电站控制室内的建筑物高度较低，所以地势比较宽旷，接近水源，容易受到来自各个方向的雷电击害。控制室所在的建筑物接地线组应该小于10欧。室内控制室的设备、计算机应该尽量的放置在远离避雷针导线金属体的地方。
（三）防止地电位干扰
为了可以减少由于雷電引起的损坏电位差，防止雷电干扰的方法有：金属屏蔽接地、等电位连接、升高局部电位等。
现代的防雷理论主要是使用等电位连接，水电站自动化系统可以实现的电位连接主体有：电子设备构成的供电系统、防雷装置、供电线路、可以进入建筑物内的金属管道等系统。在防雷设计上应该采取导线连接和线夹在排座连接时地等电位连接，需要的时候可以使用浪涌保护器进行等电位连接[6]。通过星形的结构把设备在最短的时间、距离内连接到相邻地连接板等电位中。供电设备的外部接地交流电源中性点接地、电缆屏蔽层接地以及直流工作层接地。在同一个屏蔽柜中使用一个公共的接地端子，接地铜线的面积尺寸要超过35毫米。
结语：
综上所述，本篇文章对现代水电站自动化运营中雷电侵入的方式进行了分析，在水电站自动化的防雷设计中使用合理科学的措施，确保水电站自动化系统的可靠、安全运营。
参考文献：
[1]李尧生.基于防雷设计的供电调度自动化系统研究[J].电子世界，2014，06：32.
[2]张世中，胡哲.某水电站内部观测自动化系统防雷措施[J].长江科学院院报，2009，05：31-33+49.
[3]彭沛欣，谢常青，毛琦.水电站监控系统的综合防雷设计策略[J].水电站机电技术，2009，03：19-21+35.
[4]赵斌，赵志勇，邱小弟，廖占勇，崔岗.小湾水电站安全监测自动化系统的总体设计[J].水电自动化与大坝监测，2009，06：53-57.
[5]孙小江，夏胜春，陶志坚，蒋汉贵.基于IEC61850标准的智能水电站自动化系统设计与应用[J].电工技术，2012，12：59-61.
[6]孙庆锋，毛良明.盘石头水库大坝安全监测系统防雷方案设计[J].水利水电技术，2010，06：35-37.