引言

　　隨著電力自動化技術的不斷完善和提高，越來越多的小水電站采用了計算機控制設備。在提高電站自動化水平的同時，設備的耐過電壓水平卻直線下降，特別是在遭遇雷擊時，很容易造成控制設備的損壞。小型水電站往往地處山區，遭遇雷擊的概率比較高，所以加強小水電站的防雷保護非常必要。

　　雷擊有直擊雷和感應雷兩種。雷電波是一種沖擊電壓波，作用時間短，持續時間為幾十 微秒到幾百微秒，是非周期變化脈沖波。直擊雷，雷擊點直接作用在設備上或作用在傳輸線路上引入造成設備的損壞。直擊雷造成設備損壞的程度都較為嚴重，一般采取安裝避雷針和布設避雷帶進行防雷保護。感應雷，在雷擊點發生的幾百米范圍內的設備都可能感應到一定的雷電幅值，使設備過電壓而造成損壞。實際上，雷電造成的設備損壞大多數是由感應雷引起的。本文針對小型水電站的低壓設備防雷措施作一簡單介紹。

　　1電源及設備通常采用的防雷措施

　　計算機控制設備要防雷擊，首先要對低壓配電線路進行防雷設計，特別是低壓機組。如控制設備直接從400V母線上配電，雷電波可以沿母線侵入設備。解決的方法是在低壓配電網的進線端安裝低壓避雷器，同時三相對地并接大容量吸收電容器；在電源進入設備前應加裝隔離變壓器，并在隔離變壓器二次側對地并接壓敏電阻和TVS抑制二極管，通過UPS進入計算機控制設備。實踐證明，該方法能較好地防止感應雷的侵入，下面作一具體敘述。

　　1.1低壓母線及配電線路

　　低壓配電線路應從變壓器出口處安裝低壓避雷器或擊穿保險器，避雷器一端接母線，另一端與接地回路相接，雷擊造成的過電壓經低壓避雷器、吸收電容器放電后電壓強度已大大減弱,氧化鋅避雷器具有優異的非線性伏安特性，當過電壓一出現時就開始吸收能量，使電壓受到抑制。在實際系統中，影響電力自動化設備的干擾既有共模干擾又有差模干擾，且往往同時發生，浪涌能量終通過保護器泄放入大地。

　　1.2電源接口浪涌保護器

　　（1）為防止雷電波從電源輸入端侵入設備，將浪涌能量通過保護器以電流的形式通過地線釋放到大地，使電源電壓保持穩定。在裝置電源的進線端安裝壓敏電阻，壓敏電阻在正常情況下處于關斷狀態，其漏電電流≤50μA，對電路的正常工作無影響。一旦壓敏電阻兩端出現瞬間高壓時，其阻值會急劇下降，達到釋放浪涌電流的目的，使設備免受過電壓的沖擊而損壞。當瞬間高壓消除時，壓敏電阻又恢復到高阻狀態，電路恢復正常。壓敏電阻雖然能吸收很大的浪涌電流，但卻不能承受毫安級以上的持續電流，所以在壓敏電阻的進線端應串接熔絲，從而保護壓敏電阻。

　　（2）TVS的電壓/電流特性曲線如圖1所示。它的正向特性與普通二極管相同，反向特性為典型的PN結雪崩器件。圖2是TVS的電流/時間和電壓/時間曲線。

　　在瞬態峰值脈沖電流作用下，流過TVS的電流由原來的反向漏電流ID上升到IR時，其兩端 呈現的電壓由額定反向關斷電壓VWM上升到擊穿電壓VBR，TVS被擊穿。隨著脈沖峰值的出現，流過TVS的電流達到峰值脈沖電流IPP，其兩端的電壓被箝位到預定的箝位電壓以下，脈沖電流按指數衰減，TVS兩端的電壓也不斷下降，恢復到起始狀態，從而起到抑制浪涌電流、保護計算機控制設備的目的。

　　與齊納二極管相比，抑制二極管具有更快的電流導通能力。TVS受到反向瞬態高能量沖擊時 ，能以納秒級的響應速度，將其兩極間的高阻抗變為低阻抗，吸收高達數十千安的浪涌電流，使兩端的電壓箝位于一個額定值。TVS管具有響應時間快、瞬態功率大、漏電電流低、擊穿電壓偏差小、體積小等特點。

　　TVS管的選用，首先確定被保護電路的直流電壓或連續工作電壓，箝位電壓VC應高于被 保護電路的直流電壓或連續工作電壓。若選用的VWM太低，器件可能進入雪崩狀態或因反向漏電流太大而影響電路的正常工作。TVS可并聯使用以提高額定容量或串聯使用以提高箝位電壓。

　　（3） 通訊接口的防雷保護。通訊信息系統的信號電壓很低，抗雷電電磁脈沖的能力較差 ，只要脈沖電平超過十幾伏，就有可能造成設備損壞。 通訊系統的防雷通常是在通訊串口采用 光電隔離，通訊數據線上串接熔絲（0.3A），對地并接雙向TVS管，一般就可以起到較好的雷電波抑制作用。

　　2接地系統的重要性

　　保護地的可靠接地非常重要，從人身、設備安全和抗干擾的角度來說，自動化設備應采用共用接地系統，并且一般情況下設備的信號地和保護地在其內部就連接在一起。如處理不好，往往在雷擊時形成地電位反擊，破壞控制系統。因此，計算機接地系統的處理至關重要。

　　接地布線主要有獨立接地、共用接地和混合接地三種方式。

　　（1）獨立接地是指對需接地的系統分別建立獨立接地網，且各接地網之間要有足夠的距離，其優點在于各接地系統之間不會產生干擾，這對于通訊系統來說非常重要，特別是在電磁環境特別惡劣的情況下。缺點是獨立接地的計算機通訊系統，在雷電瞬時電壓很高時，各接地系統點的電位可能相差很大，其設備元件容易擊穿而損壞。相對于共同接地方式，采用獨立接地的計算機網絡系統遭遇雷擊的幾率要高得多，同時，獨立接地對設計施工都帶來一定的困難。

　　（2）共用接地，是把所需接地的各系統連接到一個地網上，使其成為電氣相通的統一接地網。共用接地又有單點接地和多點接地兩種方式。多點接地是指將通信與計算機系統中各設備接地線從不同地方分別連接到接地平面或接地母線上，而單點接地是將通信與計算機系統中各設備接地線連接到接地母線的同一點或同一平面上。多點接地優點是以短的連線接至地網，使其串聯阻抗減至小，從而有效抑制因電容效應而產生的干擾。單點接地方式，能消除公共阻抗耦合和低頻接地環路引起的干擾，適用于1MHz以下頻率的干擾。

　　（3）混合接地，由于上述兩種接地方式各有優缺點，在對通信與計算機系統進行接地設計 與施工中，應揚長避短，將兩種接地方式結合起來應用。這種多種接地方式的結合被稱為混合接地方式，具體使用方法如下。

　　一方面，對通訊與計算機系統的整體結構采用共用接地中的單點接地方式，即建立一個總接地等電位連接帶，并將防雷接地、電源系統接地、電氣保護接地、防靜電接地、射頻接地、信息系統信號屏蔽層接地等各類接地在通信與計算機系統的各設備上相互分開，使之成為獨立系統，再分別引線到等電位連接帶上共同接地。這樣不僅能夠有效地抑制公共阻抗耦合和低頻接地環路引起的干擾，同時又使各接地系統間保持等電位，因而可以限度地使通信與計算機系統免遭高電位反擊，使工作人員免遭雷擊傷害。

　　對信號線進行屏蔽接地設計時，首先要求各類通信電纜應為屏蔽電纜，無屏蔽層的電纜應從金屬管內穿過，并在電纜兩端將屏蔽層或金屬管與地線相連接，以起到屏蔽效果。

　　3避雷針對計算機設備的負面影響

　　避雷針引雷后，強大的雷擊電波在入地的過程中，由于雷電流陡度di/dt的作用，在其周圍導體內產生感應脈沖電壓，即感應雷。其電壓值為： 

　　Uj=0.2(ln1000/a-1/2)di/dt×10-6(kV/m)
　　式中:a——雷電流引線與被感應導體間的平行距離，m；
　　di/dt——雷電流陡度，kA/μs。

　　30kA雷擊時，在避雷針周圍導體中耦合的Uj值在400m時，脈沖電壓為0.9kV/m, 在10 m時，脈沖電壓為9.5kV/m,可見避雷針對設備產生的影響。對常規設備控制的系統來講，這樣的感應脈沖電壓還不至于使常規的繼電保護裝置損壞。但對采用計算機控制的設備及通訊信號來說，則完全不同。系統的直擊雷保護應從控制LEMP（抗雷電電磁脈沖）的角度出發，避雷針采用短針、多針布置，以減小保護半徑，降低雷擊概率，也可采用避雷帶、接閃網等措施。

　　4結束語

　　總的來說，目前關于小型水電站計算機控制設備的防雷，還沒有一個完備的解決方案，設備遭遇雷擊的情況時有發生。但采用計算機控制系統的電站，如能按以上所提的防雷思路，對雷擊加以防范，必將大大緩解雷擊對設備的損害程度和幾率，從而保障電力生產的正常進行。