水电厂的防雷现状与策略研究
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摘要 本文首先重点分析了当前水电厂受雷击侵害的现状及其原因，基于不同的雷击方式和雷击事件产生的原因，提出了几点针对性的措施，希望减少水电厂雷击事件的数量，将危害降到最低。
中图分类号TN95 文献标识码A 文章编号 1674-6708（2013）88-0062-02
0引言
在科学技术日益发达的今天，人们越来越依赖于科技产品，水电厂作为关系到人们日常生活的重要企业单位，跟随时代的步伐，广泛的采用对周围环境要求极高的高集成、低电压的电路。然而，科学技术的进步仍然无法阻止雷击事件的发生，雷击侵害让人防不胜防，引起的设备损坏、人员伤亡事故数不胜数。在过去，传统的避雷装置例如避雷针能够有效地对高压电气设备起到防雷作用，但是它对于今天的水电厂尤其是拥有二次系统的水电厂，其防雷作用显得很弱小。为降低甚至避免雷击事件带来的危害，对水电厂而言，防雷成为一项十分重要的策略。
1水电厂受雷击侵害的现状分析
1.1 水电厂受雷击侵害的现状
水电厂根据自身的特殊性一般会建立在海拔比较高的地带，而这些地区往往容易遭受雷击，受雷击影响较深。近年来，我国大部分的水电厂都提高了自身的自动化水平，建立了一系列的自动化系统，例如自动测报水情系统、计算机实时控制系统等多种装置，然而水电厂的防雷系统没有同步跟上这些现代化的信息系统，大部分的水电厂仍使用着传统的外部防雷系统，极少的考虑弱电放雷等，与水电厂的自动化水平不相符合，甚至因为自动化设备的大量为雷击侵害水电厂提供了多种渠道，使得水电厂蒙受了巨大的经济损失，严重影响了区域的电网安全、水库的安全运营和居民的日常生活。
1.2 雷击侵害水电厂的方式
雷击侵害水电的方式有很多，主要有四种：直接雷击、雷电感应、反击和侵入波。
1）直接雷击
直接雷击是指雷雨云对地球和地面建筑物、农作物等放电的现象，它具有温度高而炽热、冲击电流强大、冲击波猛烈、电磁辐射强烈的特点，对放电通道的事物，例如地面建筑物、室外电子设备、输电线造成损坏，严重的甚至直接将地面人畜击死，严重危害着人类社会的生命、财产、安全。
2）雷电感应
雷电感应是指因大地与雷雨云层之间或者雷雨云层之间放电时在放电通道上及其周围对建筑物的内外部产生的电脉冲辐射、空间感应、电磁感应和雷云电场之间的静电感应。雷电感应能够使建筑物的管道、钢筋等金属部件以及建筑物外进入建筑物内的信号传输线、电源线和天馈线等形成雷电高电压，并通过这些线路引入至室内进行放电，从而中断、损坏甚至烧毁相关的微电子和电子设备。与直接雷击相比较，感应雷击的攻击力稍弱，但是其攻击面积大，其破坏力是不可小觑的。
3）反击
反击是指在引下线上和接地电阻之间因强烈的雷电流作用造成强大的感应电压降和电阻，导致低电位的接地设备以及和接地设备相连接的金属物体，在没有雷击时仍出现很大的电位，击穿设备，最终使得设备损坏。
4）侵入波
侵入波是指在空间金属管道或架空线路上因雷击产生了冲击电压，该电压沿着管道或线路两个方向迅速的传播开来形成了雷电波。一般的，侵入波很少发生，这主要是因为水电厂的外部防雷系统和接地系统都比较好。在一些大型变电站或建筑物，都会采取一定的措施防止雷电侵入波。
2 水电厂受雷击侵害的原因分析
2.1水电厂自身存在不足
水电厂受到雷击侵害造成严重的损失的主要原因是水电厂自身存在着不足之处，从而不足以避免雷击的破坏。对于大部分的水电厂而言，其在一次系统中已经安装了防雷器、防雷针、防雷线等防雷设备，这对于抵抗直接雷击或雷击侵入波具有十分明显的效果，但是在抵抗雷电感应等方面却存在着不足之处。水电厂的一次系统需要耐过电压水平远大于二次系统，且有着大量的保护、监控设备运用大规模的集成电路进行运作，此外，由于集成电路的耐压水平比过去晶体管电路小得多，当发生雷击时，放电通道及其周围的建筑、电线等设备设施会形成冲击电压，然后通过数据线、电源等多种渠道侵入到电子设备中，从而造成了系统失灵、损坏。因此，如果水电厂的二次系统无法做好防雷工作，就可能会因一次系统的反击导致二次系统的控制部分无法正常工作，最终导致水电厂出现毁灭性的事件，这也是我国不少水电厂发生雷击侵害事件的主要原因之一，例如我国某水电厂就曾因为PLC模块的损坏导致整个系统瘫痪，使该水电厂遭受了巨大的经济损失。
2.2自动监测系统的破坏
在大多数情况下，雷电和其他外来的电磁干扰主要是以传导和辐射的形式侵入到电子设备中，其表现有磁的、电的，进一步可以分为电磁干扰、静电干扰等。通过勘查发现，在当前的环境下，可以排除掉辐射干扰，而经地线、信号线以及电源线等侵入的感应性干扰具有最大的可能性。以古田溪的某一级水电厂为例分析，其在坝顶与廊道的自动监测系统和Modem之间使用了电缆屏蔽，但是与一级站的通讯仍采用的是架空电话线，当雷电冲击波通过信号线、电源线侵入系统时，极易破坏监测系统，加大了对水电厂系统危害的概率。
2.3接地系统的反击影响
据调查，大多数水电站的大坝监测系统都是基于原来的接地网建立的，在计算机机房通过联合接地系统进行连接，也就是通过安全、防雷、工作这三种接地方式将三种接地连接起来。这个系统能够实现建筑物内外部各个组成部分的电位均衡，跨步电压和接触电压的降低，尽可能的排除了不同金属部件相互发生闪络的可能性，使得接地电阻能够达到4欧姆左右。然而采用这种联合接地方式对水电厂整个系统也存在着一定的影响，当在计算机机房附近发生雷击或落雷现象时，地电位极其容易被抬高，使得反击电压也随之变高，从而破坏设备，影响整个水电厂电力系统。
3水电厂的防雷策略
3.1做好弱电设备的防雷工作
1）弱电设备的防雷方法
水电厂弱电设备的防雷方法一般有三种：限压、屏蔽和等电位连接。限压是指将电涌保护器安装在信号线路与电源线路的重要设备、关键部分、端口设备等位置，控制过电压，从而使得雷电流得以卸放，保护系统设备；屏蔽是指在雷电感应通道上阻断雷击的电磁脉冲，在信息系统中通过屏蔽线处理信号线路，从而降低雷电感应的可能性；等电位连接是应对雷电感应和雷电波入侵这两种雷击方式的最有效的方法，它是指将分开的导电装置用等电位连接起来或用电涌保护器与之相连接，降低雷电流在导电物体之间产生的电位差，降低其击穿的可能性。
2）弱电设备的防雷措施
当前在我国大部分水电厂尤其是新建的水电厂，其自动化水平较高，电子设备相对集中，如果发生雷击事件会导致严重的经济损失。因此，要做好通讯系统、计算机监测系统、水情测报系统、工业电视系统等弱电设备的防雷措施工作。第一，在防雷区的设计上，对需要被保护的空间根据电磁脉冲的强度进行防雷区的层次划分，并在不同防雷区的进口地方提出配置电涌保护器和连接等电位的要求，根据危险程度有针对性的进行不同等级的保护。第二是防雷保护设备的选择，尤其是电涌保护器的选择，应符合相关设备的电流电压要求，确保保护设备能够承受通过的雷电流。
3.2做好二次系统的防雷工作
如今大多数的水电厂都在一次系统中设置了防雷线装置，然而这种装置仅仅局限在一级系统中保护水电厂设备，对水电厂大坝上的水位传感器、变送器等设备无法实现全面保护的作用。因此，应在大坝上安装防雷装置，避免大坝设备受直接雷击的侵害，对水电厂大坝实现全面防护的目标，同时注意做好二次系统的防雷工作，焊接接地体与设备的地线，确保等电位。
1）雷电通过接地线接入大地，势必会在接地线上形成冲击电位，而当接地线上有了冲击电位，就很容易使得部分设备出现电位差，导致设备受损。为此，可以采用均压环解决这种问题，即连接地电位状态下的导体等电位，对于未达到相关安全标准的接地装置，例如水电厂的电子设备、电气装置等，可以用相对粗大的导线将其等电位与防雷系统相连接，从而形成一个由等电位构成的岛，保证了导电设备之间不会出现电位差，不会出现闪络放电现象。所以，要将电源线、信号线与金属管道等通过保护器进行等电位连接，在内层保护区，用同样的方法实现等电位连接，最终消除雷电引起的毁灭性电位差；
2）雷电流通过接地线入地时，暂态电磁场也会因此而产生、蔓延，使得在通讯、运动、保护等电缆以及主控单元的弱点部件上形成暂态过电压，或多或少的损坏相关设备。因此，应采用屏蔽的方法，利用屏蔽电缆、屏蔽壳对其接地，同时要高度重视屏蔽装置的接地检查，有效解决暂态电磁场这一问题。
3.3做好过电压的防雷工作
为避免过电压受线路的侵入，尽量降低外来能量的干扰，线路在进机房前一定要做好防雷保护工作，在不影响线路正常工作的条件下，分别安装压敏电阻、放电管、避雷器等防雷器。由于明线进入设备时，其冲击波波形没有埋地电缆平坦，整体防护性较差，所以在安装防雷装置的同时，要注意对进设备前的一部分使用埋地电缆，控制好直接雷击的地段在一定范围外，减少外界电磁辐射的干扰。此外，计算机系统或相关设备与外界连接的信号线、电源线都必须安装防雷电能量较强的过电压保护器，这样瞬变电压保护器可以将电源线或信号线侵害其他设备的冲击波控制在设备能够承受的范围内，即当电压过大超过某个临界值时，其阻抗就会立刻下降，在瞬间形成强大的浪涌电流，从而对有关设备实现过电压保护。
4结论
雷电现象在大自然中无处不在，很多人认为雷击事件是无法避免的，对采取防雷措施缺少一定的认识与重视，间接加大了雷击的危害程度。从我国众多水电厂多年来的雷击事件可以发现，雷击给我们的日常生活带来了诸多危害。因此，水电厂应认真分析自身发生雷击事件的原因，并有针对性地采取防雷措施，做好水电厂各系统的防雷技术保障，有效避免雷击的侵害，尽可能的将雷击事件造成的损害降到最低。
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