2022水电站二次系统防雷接地技术（原创）

水电站二次系统防雷接地技术方案作者：职场人1概述目前各种水电站工程大多数仍采用避雷针（带）保护建筑物的安全，经多年使用避雷针（带）防止直击雷害，不但是行之有效的方法，而且是非常经济的措施。但是，随着现代电子技术的不断发展，精密电子设备被广泛应用在水利水电自动化工程的计算机、通信网络、视频监视、控制单元等的系统中。这些高精度的微电子计算机设备内置大量的CMOS半导体集成模块，导致过压、过流保护能力极其脆弱。（美国通用研究公司提供磁场脉冲超过0.07高斯，就可引起计算机失效；磁场脉冲超过2.4高斯就可以引起集成电路永久性损坏）。无法保证在特定的空间遭受雷击时仍能安全运行。雷电过电压对工程建筑物内部电子设备的损害主要有以下三个途径进入而损害：一、直击雷经过接闪器（如避雷针（带））而直放入地，导致地网地电位上升，高电压由设备接地线引入电子设备造成地电位反击。二、雷电流沿引下线入地时，在引下线周围产生磁场，引下线周围的各种金属管（线）上经感应而产生过电压。三、进出建筑物或机房的电源线和通信线等在大楼外受直击雷或感应雷而加载的雷电压及过电流沿线窜入，入侵电子设备。因此，我们必须对以上三种途径对整个入侵的雷电压及过电流进行防护。系统防雷是整个控制系统安全稳定运行的关键，除了控制系统本身的防雷性能外，还与电力传输的防雷性能、建筑物接地网、建筑物本身的均压网的性能有关。供电系统、设备电源系统、建筑物、通信系统逐级防雷结构示意图所示。馈线架馈线架避雷均压网女儿墙避雷带组合电源防雷器（高压）防雷器（高压）防雷器地埋5m接地网接地网防雷器防雷器防雷器环母线通信设备架空电力线图6-1-1系统防雷示意图变压器避雷均压网微机监控系统、视频监视系统均属于弱电工程，耐压值很低。工程应用中必须优先考虑保护人和设备不受电、火灾和雷灾的侵害。根据近百年来人们对雷电现象研究得出的结论，认为雷电电压入侵电器设备的途径有两种：直接雷和感应雷。雷电直接击中线路并经过电器设备入地的雷击过电流称为直接雷；由雷闪电流产生的强大电磁场变化与导体感应出的过电压和过电流形成的雷击成为感应雷。由于泵站、变电所本身有完善的防雷设施，包括避雷网（带），避雷针或混合组成的接闪器，立柱基础的钢筋网、大坝坝体的钢筋网、钢屋架与屋面板钢筋等形成一个整体，避雷网通过全部立柱基础的钢筋网作为接地体，将强大的雷电流引入大地。计算机系统安置在控制室及泵房等建筑物内，受建筑物防雷系统保护。故直接击中计算机网络系统的可能性非常小，计算机设备抗直接雷击的能力很低，防护设备也非常昂贵，通常不必安装防护直接雷的设备。所以计算机系统主要必须防止感应雷。感应雷入侵计算机系统的雷过电压、过电流主要有以下三个途径：由交流电220VAC电源供电线路入侵；由计算机网络通信线路入侵；地电压反击电压通过接地体入侵。根据以上分析，拟采取下列防雷措施：均衡系统电位各个设备建立良好的等电位接地体，即交流工作接地、保护接地、直流工作接地、防雷接地公共一组接地装置的联合接地方式。逐级分别泄流在雷电经过的线路上逐级安装避雷设备，将雷电流、感应过电压逐级泄放。主控级设备选用带雷电保护的UPS电源；通信线路选用雷电保护器（LSP），现场控制设备的电源输入端采用高性能的隔离变压器，PLC工作电源选用防雷电电源模块。加强屏蔽在线路通道上建立屏蔽层，屏蔽层与大坝（或建筑物）联合接地系统良好连接，预防感应雷干扰和破坏线路及设备。电缆敷设在金属桥架或金属管线内，金属桥架或金属管线与大坝（或建筑物）联合接地系统良好连接，充当导线的屏蔽层。强、弱电导线不能共用一组金属桥架或金属管线，强电金属桥架或金属管线与弱电金属桥架或金属管线并行敷设时，净距离不小于20cm。本系统中所有三相电源入口均安装三相防雷保护器，室外摄像机均安装防雷保护器，单相电源输出端安装单相防雷保护器，通信线路安装线路防雷保护装置。每个闸门控制设备均安装一个隔离变压器。2屏柜接地系统所有控制屏柜、控制箱均与接地体良好连接，使柜体与大地共同形成一个等电位体。根据GB50174-93标准要求，电子计算机机房接地装置满足下列接地要求：交流工作接地，接地电阻不大于4欧姆；安全保护接地，接地电阻不大于4欧姆；直流工作接地，接地电阻按计算机系统具体要求确定；防雷接地，接地接现行国标50057<<建筑物防雷设计规范>>执行。交流工作接地、安全保护接地、直流工作接地、防雷接地等四种接地共用一组接地装置时，其接地电阻按其中最小值确定。地埋槽钢地埋槽钢屏体接地螺杆电缆沟建筑物接地网图6-1-2屏体安装接地体示意图3电源进线防雷设计感应雷能通过电力输电线路直接引入其用电设备，尽管高低压配电系统分别安装有一、二级防雷保护装置，但并不能绝对排除雷电冲击。因此所有低压用电设备特别是控制设备均采取有效的防雷措施。按照逐级泄放的原则，引入到控制柜的进线电源采取三级防雷措施，以杜绝或削弱雷电对系统设备的影响，如图2-3所示。L1L2L3N火花放电接地排L1L2L3N火花放电接地排PEL1L2L3N火花放电接地排LNN火花放电火花放电接地排接地排(c)单相(b)三相四线制(a)三相五线制(c)单相(b)三相四线制(a)三相五线制图6-1-3电源进线防雷示意图图6-1-3电源进线防雷示意图4模拟信号防雷设计系统中的水位测量装置（超声波水位计）、扬压力传感器等设备均安装在户外，或从户外通过导线引入至PLC。其雷电入侵有两种途径，一是24VDC工作电源引入，其次是户外传导过程中的雷电感应。采取浪涌过电压、钳位、放电等保护措施，如图2-4所示。

VVVVLLDFPEPE接地排24VDC4～20mA镀锌管超声波水位计或扬压力传感器等防雷保护器图6-1-4模拟信号防雷示意图6.2屏柜电气性能a.绝缘强度和绝缘阻抗：系统的所有设备的电源接口，数据和控制接口、通信接口、人机接口及电缆等都能承受规定的试验电压。未接地的接口与地之间满足规定的绝缘阻抗值。(1)介电强度60~500伏交流外部端子与外壳间能承受交流2000V电压持续1分钟。60伏以下端子与外壳间能承受交流500V电压1分钟。(2)绝缘阻抗设备安装、连接完毕后，交流外部端子对地阻抗≥10MΩ，不接地直流回路对地阻抗≥1MΩ。b.屏柜系统设备所用盘、柜适合水电厂使用环境。盘、柜的电磁屏蔽特性能保证本系统正常工作和不影响电厂其它设备的正常工作。放于现场的盘、柜具有屏蔽、防尘、通风设施，以便适应现场环境。(1)屏、柜由钢架(或铝型材架)和光滑钢板构成。结构牢固，有适当刚度，保证屏内元器件组装后不变形，其结构便于内部元器件更换和维修。(2)屏上操作开关、仪表、指示器距地面以上0.6~1.8m，所有屏柜的门锁是同一型号。(3)屏柜为前后开门，并有通风孔及防尘措施，底部留有电缆入口，电缆安装完毕可封底。后开门为双扇门，前开门为单扇玻璃门，所有门均有把手，能锁死，并带限位装置。(4)所有盘、柜具有扩展设备的余地。除另有说明外，屏柜外形尺寸：高2260mm（含屏眉60mm），宽800mm，深600mm(5)盘、柜的基座设计，使盘、柜能够固定在地板上，且易于安装。提供所有必需的安装件、基座、基础螺栓以及有关金属构件等（顶部加装吊环或吊钩）。(6)除非另有说明，盘、柜面上的所有仪表、器具和装置采用嵌入式安装，其布置清晰合理。(7)盘、柜内提供照明装置和电源插座，插座为AC220V，10A单相三极插座。至少一个照明灯和一个带有温湿度控制的内热式防潮加热器(型号

L-WSKC)。(8)柜内所有电源引入回路及串口信号回路配置威尔利（VOLE）防雷保护器，采取有效的屏蔽及防雷措施，防止电磁干扰、防止雷电干扰，以确保微机系统设备在规定的环境条件下能安全稳定运行。(9)防护等级：不低于IP42。(10)涂敷：a）表面涂层采用喷塑。所有的涂层能承受规定的机械振动以及热和油的作用而不会出现划痕或变软；b）柜上的涂层有半光泽的表面层；c）颜色：在设计联络会上由买方确定;c.元件和装置(1)所有材料和部件都经过严格的筛选，是全新的、高质量的、满足高强度、长使用寿命和机电特性的要求。不得使用已经淘汰或即将淘汰的产品。(2)装置有金属机箱保护，机箱前面有透明面罩；(3)装置机箱采取必要的防静电及电磁辐射干扰的防护措施。机箱的不带电金属部分在电气上连成一体，并可靠接地；机箱模件插拔灵活，接触可靠，可互换性好。各模件、模板均采用表面贴装技术。d.柜内的布线及端子：（1）导线连接方式可以采用压接、焊接或插接，并符合其本身标准的规定；（2）所有导线中间不得有接头，导线在屏柜内的连接均须经端子排或设备接线点。所有端子的连接线必须牢固，一个端子或一个接线点一般只连接一根电缆芯，不得超过2根；（3）经常移动的连接线采用多股铜绝缘软线，并有足够长度裕度和适当的固定，以免急剧弯曲和产生过度张力；（4）交流电源线及高电平回路与低电平回路分束走线，并有合理的间隔，必要时采取隔离或屏蔽措施；（5）凡电气原理图或接线图上有回路标号的导线端部标出回路编号，标号清楚、牢固、完整、不褪色；（6）设备内部接线采用阻燃型或耐火型绝缘材料的标准导线，所有接线须用防火型槽管保护，外露接线需束在一起，用适当的夹具固定或支持，水平或垂直走向。导线在槽管中所占的空间不得超过70%。导线截面一般不小于1.5mm2；（7）设备的内部接线在工厂完成，出厂前要进行全面检查。（8）所有端子板是带有隔板的压模型元件，端子采用成都瑞联RDK系列端子。500V交流电压下额定电流不小于10A。（9）在每个端子板上设有白色或其它浅色的标牌，用螺栓固定在压模条上以表示回路的编号和端子编号，（10）在每个连接端子上装有回路标志，或永久性的标志溶液在标片上标上导线编号。（11）在每个端子上装有可拆换的或备用的标牌。（12）所有设备上的备用触点均接至端子，并至少提供10%的备用端子。（13）在与电流互感器连接的电流端子排上设有短接电流互感器次级绕组的短接件。（14）CT和PT的二次回路及断路器操作回路采用试验端子，且PT回路每相并联端子不少于三个；（15）直流回路的正、负极电源用端子每极并联端子不少于三个，且正、负极端子间隔在两个端子以上，以防止直流电源短路；（16）一般设备的接线端子牢固可靠，连接片均用铜质材料；（17）断路器跳、合闸回路端子排正、负电源间也隔离两个端子以上。e.接地各系统设备都与电站共用接地网，不考虑采用单独的接地网。电站接地系统的接地电阻不大于1Ω。设备外壳接地，交流电源中性点、电缆屏蔽层接地设一根接地铜排。接地铜排截面不小于100mm²。各电缆屏蔽层分别上端子排后再接地。f.抗干扰能力确保所有设备具有足够的抗电磁辐射干扰能力和足够的抗雷电干扰措施，以保证所有设备能在贺龙水电站现场环境下安全可靠运行。（1）浪涌抑制能力（SWC）1～1.5MH

衰减振荡2.5kV1.2／50μS冲击波5kV（2）无线电干扰（RI）：30～500MH

10V／m（3）静电干扰（ESD）：150pF—150Ω8kV（4）电器干扰1）脉冲群干扰装置能承受GB\T14598.13—1998中3.1.1规定的严酷等级为3级的1MH

和100kH

脉冲群干扰试验，试验期间及试验后装置的性能符合该标准3.4规定的要求。2）静电放电装置能承受GB\T14598.14—1998中4.2规定的严酷等级为3级的静电放电试验，试验期间及试验后装置的性能符合该标准4.6规定的要求。3）辐射电磁场干扰装置能承受GB\T14598.9—1995中4.1.1规定的严酷等级为3级的辐射电磁场干扰试验，试验期间及试验后装置的性能符合该标准4.5规定的要求。4）快速瞬变干扰装置能承受GB\T14598.10—1996中4.1规定的严酷等级为3级的快速瞬变干扰试验，试验期间及试验后装置