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摘要： 水利事业随着我国经济的发展在国民经济中占据着重要的地位，因此水利建设质量管理就显得尤为重要。水利工程质量的管理对于工程的使用寿命和效益的发挥影响重大，利用水利工程自动化系统采集数据真实有效的程度则直接关系到水利防汛抗旱部门做出决策的效果，要保证水利工程中大型设备能够正常安全运行，特别是在雷雨季节能够安全运行，就一定要实施相应有效的防雷措施。随着现代电力系统自动化水平的逐渐提高，敏感电子设备的工作电压逐渐降低，大量的CMOS半导体集成模块在高精度的微电子计算机设备中会导致其过压、过流保护的能力相当脆弱，如果受到过电压尤其是雷电袭击后会特别容易损坏，所以也对自动化系统得防雷措施提出了更高要求。
关键词： 水利工程；电气自动化系统；防雷；措施
一、引言
采取有效防雷措施对于水利工程电气自动化系统很重要。水利工程中临时性大型设备在安装过程中常常因为过多考虑时间和成本等因素，而忽略采取防雷的措施保护。雷雨季节，有的工程泵站或者涵闸理调度自动化显示系统或通信的联络系统等经常会被损坏造成较大的经济损失。即使在有些工程自动化系统中采取了防雷措施，也经常会出现雷害事故。在水利施工中，如果大型设备接地不良，除影响工程设备的安全运行外还可能引起人伤害事故，造成重大损失。随着自动化系统的发展，国家对水利自动化系统建设的投入也相应增加，自动化技术应用到越来越多的水利行业中，很多水库建立起了自动化观测系统，但是水库大部分位于山区位置，雷击现象发生比较频繁。对于自动化系统的安全是很大的威胁。所以自动化系统建设期和运行期的防雷问题显得格外重要。
二、雷电侵袭的形式
（一）雷击电磁脉冲干扰
发生雷击时雷电流在它的周围空间快速变化，瞬变的强电磁场使附近导体上感应出非常高的电动势，进而诱发强烈的雷击电磁脉冲，通过感性耦合和容性耦合或电磁辐射会产生脉冲过电压以及过电流，从而将有关设备损坏。
（二）地电位反击
由于各接地系统本身的接地途径不同以及冲击接地电阻差异，泄放雷击电流的时候，通过的雷击电流会存在差异，在水利设备没有采取等电位接地措施时会导致地电位的升高以及不平衡。等到地电位差大于设备抗电强度时将引起反击，造成水利设备的破坏。
（三）雷击直接侵袭
暴露在空间的各种设备及金属线缆（如电力电缆等）或建筑物被雷电直接击中时会在极短时间内产生强烈高压并产生火花放电，所产生的巨大热能以及机械能量将摧毁设备、建筑物并危机人身安全。
（四）雷电波侵入
雷电没有直接击中建筑物或设备，而是击中与建筑物或设备相连接的金属线或金属管，通过传导把雷电波引入建筑物，损坏与它相连的电气设备等甚至危害到人身安全。
三、采取防雷接地措施的重要性
雷电击中建筑物或地面后，会产生非常强大的感应磁场，会把耦合传输到电子控制系统之中，通过输入输出线路很可能使电子控制系统出现过电压，导致计算死机，甚而直接损害电子设备。所以对水利电子系统必须要采取防雷措施。从雷电的产生及危害特点分析，可分为以下 4 种：
（一）直击雷
云层与地面凸出物之间放电形成直击雷。巨大的雷电流流入地下，雷击点与金属连接部分会产生极高的对地电压，能够直接造成接触电压或者跨步电压的触电事故。
（二）球形雷
球形雷是一种发红光或极亮白光的火球形雷。它能从烟囱或门窗等通道侵入室内，非常危险。
（三）雷电感应
雷电感应可以分为两种即静电感应以及电磁感应。雷云接近地面产生静电感应，以致凸出物的顶端，能够感应出许多异性电荷。雷云以及另外的部位进行放电之后，这些依附在凸出物顶端的大量电荷就失去束缚，将沿着突出物以雷电波的形式快速传播。雷击之后，巨大的雷电流就会在周围发生快速变化的超强磁场，而这种磁场就能够形成电磁感应，磁场可以在周边的导体上感应出来，非常高的电压，能够对人体造成二次放电，同时还能够破坏电气设备。
（四）雷电侵
雷击后在架空线路上或者在空中金属管道上发生冲击电压沿线或者管道快速传播形成雷电冲击波。雷电侵入波能够破坏电气设备的绝缘，能够使高压进入低压，导致严重触电事故发生。
四、电气自动化系统防雷措施
（一）做好屏蔽和接地
（1）中控室或调度室的建筑钢以及金属地板都应该相互焊接，产生出等电位的法拉第宠，这样能够减少雷电电磁干扰
中控室中当有些电子设备对屏蔽会有比较高的要求时，要敷设上金属的屏蔽网，使其和环行接地母线很好连接在一起。对于不既有铠带又有屏蔽层的电缆线路，需要将铠带和屏蔽层一并接地，另一端只需要把屏蔽层接地就可以了。而当电力线从站内终端杆引下来之后，需要更换成带有屏蔽效果的电缆；室外的通信电缆同样也需要该屏蔽电缆，屏蔽层两边接触地面。在进入室内之前电缆水平埋地 ≥10m，埋入地下深度≥ 0.6m；屏蔽电缆之外的需穿镀锌铁管并且水平埋地 10m 以上，铁管两端良好接地。如果在室外入口端将电力线和铁管间加接压敏电阻，那么防雷效果会更好。
（2）接地是防雷中特别重要的内容之一
接地的电阻值小过电压的值就低。所以，在保证经济合理下要争取使接地电阻降低。控制设备以及水利工程泵站还有涵闸中控室内通信要和用工程中其他的动力装置共同使用接地网并且尽量和防雷接地网连接。涵闸中控室内通信以及控制设备还有水利工程泵站中控室内需要敷设上均压带而且需围绕机房敷设好环行接地母线。在调度室或者中控室内，要另设特殊设备，其工程地网和接地网之间可以通过放电器或者击穿保险器连接，以保证正常时隔离，雷击时均衡电位。接地的其他方面均应严格按有关规程办理。
（二）UPS 过电压保护 电源电压会随着感应雷或沿电源线雷电侵入波的进入而急骤升高，进而损坏UPS 及后接设备。采用四级保护对于电源是比较可靠而且有效一种防雷方法；每一级使用三极气体放 电管，将比较大的雷电限制至后续的保护系统能够允许的范围；第二级使用限流模块；第三级使用压敏电阻；第四级使用 TVS 管，可以让输出的箝位电压能够达到规定要求。上面四级保护被采用后，被保护电源通常情况下不会因雷击而损坏。
（三）选择使用瞬态电压抑制器 --TVS 管
TVS 管是一种二极管形式的高效能保护器件，也就是我们常说的瞬态电压抑制器，若TVS 二极管两极接受到高能量冲击时，这种反向瞬态的能量可以以 10-12秒量级的这种速度，就会使其高阻抗直接变为低阻抗。因为它具有瞬态功率大和击穿电压偏差小等优点，所以被应用于通讯设备、家用电器、计算机系统等广泛领域。TVS 管有以下特点：
（1）信号及电源线上加上TVS 二极管，可以防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲。
（2）使用TVS二极管，能够有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并且可以消除由总线之间开关所引起的干扰（Crosstalk）。
（3）将 TVS 二极管放置在信号线及接地间，可以使数据及控制总线避免不必要的噪音影响。它对保护电磁波干扰非常有效，能够抑制共模及差模干扰，因此是微电子设备过电压保护的首选器件。
五、综合性防雷措施
为避免雷害，在雷电发生时，对于水利工程自动化系统，要采取“整体防御、综合治理、多重保护”的方针。在建设自动化系统时还应注意：设备可以安装在室内的决不安装在室外；位置低可以满足使用要求的决不将设备抬高；管线可以选择地埋的决不架空；设备位置尽量选择在远离雷电易发生地方，远离引雷物体。 除采用上述措施外，配电变压器高低压侧都要装接金属氧化物避雷器，并且三点联合接地，以达到有效提高系统的安全性，降低雷击概率的效果。
六、结束语
水利工程电气自动化系统防雷是个系统工程，需要依据实际情况来进行综合分析，找到防雷弱点，然后有采取针对性的措施并严格执行防雷接地规范，在设计中优先选用新产品和新技术，取合理有效的防雷措施，使有效的防雷系统能够成为自动化系统安全、稳定运行的保证，以确保水利工程自动化系统不再受到雷电灾害。
参考文献：
[1] 张晨宇，张玺，龚宏超 《防雷检测自动化系统的设计与应用探讨》-城市建设理论研究（电子版），2013，（24）
[2] 张金凤 《水利工程电气自动化系统防雷措施分析》-科技信息 ，2012（13）
关键词： 水利工程；电气自动化系统；防雷；措施
一、引言
采取有效防雷措施对于水利工程电气自动化系统很重要。水利工程中临时性大型设备在安装过程中常常因为过多考虑时间和成本等因素，而忽略采取防雷的措施保护。雷雨季节，有的工程泵站或者涵闸理调度自动化显示系统或通信的联络系统等经常会被损坏造成较大的经济损失。即使在有些工程自动化系统中采取了防雷措施，也经常会出现雷害事故。在水利施工中，如果大型设备接地不良，除影响工程设备的安全运行外还可能引起人伤害事故，造成重大损失。随着自动化系统的发展，国家对水利自动化系统建设的投入也相应增加，自动化技术应用到越来越多的水利行业中，很多水库建立起了自动化观测系统，但是水库大部分位于山区位置，雷击现象发生比较频繁。对于自动化系统的安全是很大的威胁。所以自动化系统建设期和运行期的防雷问题显得格外重要。
二、雷电侵袭的形式
（一）雷击电磁脉冲干扰
发生雷击时雷电流在它的周围空间快速变化，瞬变的强电磁场使附近导体上感应出非常高的电动势，进而诱发强烈的雷击电磁脉冲，通过感性耦合和容性耦合或电磁辐射会产生脉冲过电压以及过电流，从而将有关设备损坏。
（二）地电位反击
由于各接地系统本身的接地途径不同以及冲击接地电阻差异，泄放雷击电流的时候，通过的雷击电流会存在差异，在水利设备没有采取等电位接地措施时会导致地电位的升高以及不平衡。等到地电位差大于设备抗电强度时将引起反击，造成水利设备的破坏。
（三）雷击直接侵袭
暴露在空间的各种设备及金属线缆（如电力电缆等）或建筑物被雷电直接击中时会在极短时间内产生强烈高压并产生火花放电，所产生的巨大热能以及机械能量将摧毁设备、建筑物并危机人身安全。
（四）雷电波侵入
雷电没有直接击中建筑物或设备，而是击中与建筑物或设备相连接的金属线或金属管，通过传导把雷电波引入建筑物，损坏与它相连的电气设备等甚至危害到人身安全。
三、采取防雷接地措施的重要性
雷电击中建筑物或地面后，会产生非常强大的感应磁场，会把耦合传输到电子控制系统之中，通过输入输出线路很可能使电子控制系统出现过电压，导致计算死机，甚而直接损害电子设备。所以对水利电子系统必须要采取防雷措施。从雷电的产生及危害特点分析，可分为以下 4 种：
（一）直击雷
云层与地面凸出物之间放电形成直击雷。巨大的雷电流流入地下，雷击点与金属连接部分会产生极高的对地电压，能够直接造成接触电压或者跨步电压的触电事故。
（二）球形雷
球形雷是一种发红光或极亮白光的火球形雷。它能从烟囱或门窗等通道侵入室内，非常危险。
（三）雷电感应
雷电感应可以分为两种即静电感应以及电磁感应。雷云接近地面产生静电感应，以致凸出物的顶端，能够感应出许多异性电荷。雷云以及另外的部位进行放电之后，这些依附在凸出物顶端的大量电荷就失去束缚，将沿着突出物以雷电波的形式快速传播。雷击之后，巨大的雷电流就会在周围发生快速变化的超强磁场，而这种磁场就能够形成电磁感应，磁场可以在周边的导体上感应出来，非常高的电压，能够对人体造成二次放电，同时还能够破坏电气设备。
（四）雷电侵
雷击后在架空线路上或者在空中金属管道上发生冲击电压沿线或者管道快速传播形成雷电冲击波。雷电侵入波能够破坏电气设备的绝缘，能够使高压进入低压，导致严重触电事故发生。
四、电气自动化系统防雷措施
（一）做好屏蔽和接地
（1）中控室或调度室的建筑钢以及金属地板都应该相互焊接，产生出等电位的法拉第宠，这样能够减少雷电电磁干扰
中控室中当有些电子设备对屏蔽会有比较高的要求时，要敷设上金属的屏蔽网，使其和环行接地母线很好连接在一起。对于不既有铠带又有屏蔽层的电缆线路，需要将铠带和屏蔽层一并接地，另一端只需要把屏蔽层接地就可以了。而当电力线从站内终端杆引下来之后，需要更换成带有屏蔽效果的电缆；室外的通信电缆同样也需要该屏蔽电缆，屏蔽层两边接触地面。在进入室内之前电缆水平埋地 ≥10m，埋入地下深度≥ 0.6m；屏蔽电缆之外的需穿镀锌铁管并且水平埋地 10m 以上，铁管两端良好接地。如果在室外入口端将电力线和铁管间加接压敏电阻，那么防雷效果会更好。
（2）接地是防雷中特别重要的内容之一
接地的电阻值小过电压的值就低。所以，在保证经济合理下要争取使接地电阻降低。控制设备以及水利工程泵站还有涵闸中控室内通信要和用工程中其他的动力装置共同使用接地网并且尽量和防雷接地网连接。涵闸中控室内通信以及控制设备还有水利工程泵站中控室内需要敷设上均压带而且需围绕机房敷设好环行接地母线。在调度室或者中控室内，要另设特殊设备，其工程地网和接地网之间可以通过放电器或者击穿保险器连接，以保证正常时隔离，雷击时均衡电位。接地的其他方面均应严格按有关规程办理。
（二）UPS 过电压保护 电源电压会随着感应雷或沿电源线雷电侵入波的进入而急骤升高，进而损坏UPS 及后接设备。采用四级保护对于电源是比较可靠而且有效一种防雷方法；每一级使用三极气体放 电管，将比较大的雷电限制至后续的保护系统能够允许的范围；第二级使用限流模块；第三级使用压敏电阻；第四级使用 TVS 管，可以让输出的箝位电压能够达到规定要求。上面四级保护被采用后，被保护电源通常情况下不会因雷击而损坏。
（三）选择使用瞬态电压抑制器 --TVS 管
TVS 管是一种二极管形式的高效能保护器件，也就是我们常说的瞬态电压抑制器，若TVS 二极管两极接受到高能量冲击时，这种反向瞬态的能量可以以 10-12秒量级的这种速度，就会使其高阻抗直接变为低阻抗。因为它具有瞬态功率大和击穿电压偏差小等优点，所以被应用于通讯设备、家用电器、计算机系统等广泛领域。TVS 管有以下特点：
（1）信号及电源线上加上TVS 二极管，可以防止微处理器或单片机因瞬间的肪冲。
（2）使用TVS二极管，能够有效吸收会造成器件损坏的脉冲，并且可以消除由总线之间开关所引起的干扰（Crosstalk）。
（3）将 TVS 二极管放置在信号线及接地间，可以使数据及控制总线避免不必要的噪音影响。它对保护电磁波干扰非常有效，能够抑制共模及差模干扰，因此是微电子设备过电压保护的首选器件。
五、综合性防雷措施
为避免雷害，在雷电发生时，对于水利工程自动化系统，要采取“整体防御、综合治理、多重保护”的方针。在建设自动化系统时还应注意：设备可以安装在室内的决不安装在室外；位置低可以满足使用要求的决不将设备抬高；管线可以选择地埋的决不架空；设备位置尽量选择在远离雷电易发生地方，远离引雷物体。 除采用上述措施外，配电变压器高低压侧都要装接金属氧化物避雷器，并且三点联合接地，以达到有效提高系统的安全性，降低雷击概率的效果。
六、结束语
水利工程电气自动化系统防雷是个系统工程，需要依据实际情况来进行综合分析，找到防雷弱点，然后有采取针对性的措施并严格执行防雷接地规范，在设计中优先选用新产品和新技术，取合理有效的防雷措施，使有效的防雷系统能够成为自动化系统安全、稳定运行的保证，以确保水利工程自动化系统不再受到雷电灾害。
参考文献：
[1] 张晨宇，张玺，龚宏超 《防雷检测自动化系统的设计与应用探讨》-城市建设理论研究（电子版），2013，（24）
[2] 张金凤 《水利工程电气自动化系统防雷措施分析》-科技信息 ，2012（13）