江西电力第３６卷２０１２年第１期 ５１ 文章编号：１００６—３４８Ｘ（２０１２）０１－００５１－０３ 柘林水电站大坝安全监测系统的防雷改进 张莉芳，陈茂兴 （江西省电力公司柘林水电厂，江西九江３３２０００） 摘 要：通过对柘林水电站大坝安全监测自动化系统中雷击事故处理措施进行分析。指出了该系统在防雷措施方 面存在的不足，介绍了一系列提高系统防雷能力的措施：对传感器电缆加装屏蔽层、用太阳能电池给测控单元供 电、增加接地引下线的截面积、采用直流光端机通讯等。 关键词：水电站；大坝；安全监测；自动化系统；防雷 中图分类号：ＴＶ７３４．４ 文献标识码：Ｂ Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｚｈｅｌｉｎ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ＺＨＡＮＧ Ｌｉ－ｆａｎｇ，ＣＨＥＮ Ｍａｏ－ｘｉｎｇ （Ｚｈｅｌｉｎ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｐｌａｎｔ ｏｆ Ｊｉａｎｇｘｉ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｃｏｍｐａｎｙ，Ｊｉｕｊｉａｎｇ ３３２０００，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ ｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｎ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ａｃｃｉｄｅｎｔ ｏｆ ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｄｅｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｔｈｅ ｓｙｓｔｅｍ ｗｅｒｅ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｍｏｒｅｏｖｅｒ，ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｏ ｉｍｐｒｏｖｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ ｗｅｒｅ ｃａｒｒｙ ｏｕｔ：ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ｔｈｅ ｓｈｉｅｌｄｉｎｇ ｌａｙｅｒ ｏｎ ｔｈｅ ｓｅｎＳＯＹ ｃａｂｌｅ，ｕｓｉｎｇ ｓｏｌａｒ ｂａｔｔｅｒｙ ｐｏｗｅｒ ｓｕｐｐｌｙ ｆｏｒ ｔｈｅ ＭＣＵ，ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｔｈｅ ｇｒｏｕｎｄ ｄｅｆｌｅｃｔｏｒｓ Ｓ ＣｒｅＳＳ—ｓｅｃｔｉｏｎａｌ ａｒｅａ，ｕｓｉｎｇ ＤＣ ｏｐｔｉｃａｌ ｆｉｂｅｒ ｍｏｄｅｍ ｔｏ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ ｓｔａｔｉｏｎ；ｄａｍ；ｓａｆｅｔｙ ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ；ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ０ 引言 为确保柘林水电站大坝安全监测工作及时准确 地满足电站自动化程度提高的需要．２００４年３月启 动了“柘林水电站主坝区渗流与内观监测自动化系 统工程”，２ｏｏ６年１０月竣工通过验收。 在柘林水电站大坝安全监测自动化系统中。无 阔的偏僻山区，雷电活动频繁。而且各观测房尽管不 高．但是在旷野就犹如“鹤立鸡群”，成为相对的“高 层建筑”，这些观测房自然就成为了易受雷击的重点 对象。所以，在柘林水电站大坝安全监测自动化系统 中，采取了一系列的防雷措施以保证系统的安全，如 在敷设仪器电缆、系统通讯电缆及系统电源电缆时 均用钢管保护。钢管既可以保护电缆不受人为、小 论是设计单位还是电厂，对系统接地防雷都特别重 视，也采取了一系列的措施。但在运行过程中，特别 是在施工期间和试运行阶段。系统多次遭受雷击，造 成了不小的损失。通过对几次雷击事故的分析。同时 结合现场调查，对系统防雷措施进行了改进和完善， 以提升大坝安全监测自动化系统的防雷能力。 动物等破坏．同时也可以起到屏蔽防雷作用。为减 小系统接地电阻，增强系统的防雷抗干扰能力，将所 有测压管与电缆保护钢管连接成一体作为系统的接 地网，因此钢管之间采用焊接方式可靠连接保证电 流导通。所有在土质地段的电缆保护钢管埋人地面 下４０ ５０ ｃｍ．钢管之间通过焊接成一体，在测压管 处均与测压管焊接．在无测压管且较长路段无接地 １系统原防雷设计 柘林水电站和大多数水电站一样．建于旷野开 收稿日期：２０１ｌ－ｌ１一ｌ７ 点时采取每隔１０ Ｈｉ左右用一根１．５ Ｉｌｌ钢管打入地 下做接地。预留坑处的钢管之间同样焊接成一体。 作者简介：张莉芳（１９６５－），女。工程师，从事水电厂设备可靠性管理工作。 ５２ 工程竣工时实地测量各观测房的接地电阻见表１。 竣工之后的运行３年来。每年都进行现场接地电阻 测试。各观测房的接地电阻没有明显增大变化，最 大的接地电阻也小于４ Ｑ。所以从接地电阻值来看， 各观测房的接地满足相关规范要求。 表１ 各观测房实测接地电阻 ｎ 观测房号０ １ ２ ３ ４ ５ ６ ７ ８ 接地电阻值 １．０ ０．８ ０．８ ０．８ ０．８ １．１ １．１ １．３ １．１ ２系统防雷中存在的问题 ２．１忽视了系统原有仪器设备的防雷 系统施工期间于２００４年７月９日和７月１１ 日遭到２次雷电袭击。与扩建工程原埋设仪器相连 的测控装置几乎无一例外地遭受雷击，给柘林大坝 安全监测自动化系统造成了极大的破坏：９５平台、Ｂ 厂进水口、２个观测房的光端机被雷击毁，这２个观 测房多个ＭＣＵ损毁。系统中还有多个ＭＣＵ受到感 应雷冲击出现不同程度的故障，扩建工程施工期埋 设的多支仪器被雷击毁。对事故原因进行了客观认 真分析：由于原有的内观仪器在埋没时只是采用 ＰＶＣ管进行了一般保护，并没有考虑防雷．致使在 附近雷击发生时沿线感应强烈，造成传感器、ＭＣＵ 损坏。 由于系统部分是改造工程．对部分仪器的埋设 情况当初没能详细了解，没采取防雷措施。 ２．２电源防雷存在不足 在系统原始设计时，所有的观测房电源都是采 用２２０ Ｖ市电供电，沿路电源电缆进行了穿镀锌钢 管保护兼防雷，同时沿途能够与接地网相接的地方 进行接地；另外在观测房内加装了１：１防雷隔离变 压器。但是，通过几次雷击事故中屡屡发现光端机 遭受雷击来看，说明以上措施对于电源防雷效果并 不显著。由于供电电缆部分是采用传感器专用的四 芯电缆，接入时两芯合一，单纯引入了２２０ Ｖ交流 电源（只搭接了火线、零线），没有屏蔽层，也没有引 入地线，导致市电串入感应雷电波，而且防雷隔离 变压器中未安装浪涌吸收器，未能及时将感应雷电 波隔离，最终造成雷电干扰或破坏。 ２．３接地施工方面存在的问题 在检查中发现，当同一个观测房有多个测控装 置时，接地线的串联比较随意，如将接地线直接与 江西电力第３６卷２０１２年第１期 光端机的信号地线相接，有的与ＭＣＵ上的电路板 上的零电位点相接，而且走线随意。没有绕开信号 线。致使类似情况的ＭＣＵ、光端机频频受雷击。 检查中还发现接地引线的截面过小，尽管各观 测房实测接地电阻普遍较小。符合电气专业相关规 程要求。但是，如果引线截面过小，一旦感应到雷电 波之后，对地释放时就明显受阻。没有办法在瞬间完 成释放动作，导致设备承受雷电干扰甚至雷电袭击 而损坏，严重时引线也是“就地取材”，使用传感器 剪下来的冗余电缆（４＋１芯水工电缆）替代电源线， 既没有屏蔽也没有接地，而且引线过长，极易感应雷 电波。在运行期间就存在太阳能电池保护器被雷击 毁的事故。 ２．４没有严格按照交流电气装置接地规范要求布 设接地网 在柘林水电站自动化安全监测系统中，接地网 的布设本着“因地制宜、就地取材”的原则，没有布 置专门的接地网。而是沿途将电缆套管与附近经过 的测压管管壁进行焊接，将测压管当接地桩，附近没 有测压管的则使用镀锌管作为接地桩打人地下约 １．５ ｍ深，然后与套管焊接。由于测压管分散在观测 房较远的周围，而且分布不均，与严格意义上的接地 网并不是一回事。所以说。绝大多数的“接地网”只能 称之为接地带。加上焊接工艺、焊接面积、搭接长度 不规范，这样接地效果自然就好不起来。正因为如 此，就导致对地放电的路径增长、时间也延长。一旦 雷电波窜人就不能尽快对地释放，从而导致设备损坏。 ５号观测房运行５年多来里面的设备从未遭受 雷击，而且该观测房位于山包南侧，地势高于主坝 坝体下游面的４个观测房。按理说．地势较高的地 方受雷击的概率高，但是５号房能５年多不曾遭受 一次雷击。从现场实地情况分析来看。距５号房北 面１０ ｍ处是一台防汛电力变压器，大家知道．电力 变压器自身有一个庞大的接地网，其接地效果是毋 庸置疑的。５号房的接地系统是和此电力变压器的 接地网相连，良好的接地充当了系统安全防雷的“保 护伞”。 ２．５光端机选型问题 光端机（光纤调制解调器）是系统通讯的重要设 备，价格不菲。系统初建时．选用的是的直流光端 机，直接从ＭＣＵ上取５ Ｖ工作电源。然而在运行过 程中，往往由于ＭＣＵ无法承担负荷．导致ＭＣＵ电 源模块经常损坏。为此，后来就改用２２０ Ｖ转５ Ｖ 江西电力第３６卷２０１２年第１期 ５３ 的电源适配器给光端机供电．光端机的工作电源还 是使用市电。然而运行不到２年。８０％光端机先后在 雷电中倒下，根源是市电窜雷所致。 作为接地引线。用带屏蔽层的专用电力电缆作为太 阳能电池的电源引线．同时将太阳能电池板支架与 接地系统连接，以减少雷电感应。 ３．４更换光端机 ３ 改进措施 ３．１弥补系统设计缺陷 针对光端机市电窜雷现象．定做了一批直流１２ Ｖ 光端机．由太阳能电池直接给光端机供电．阻断从 市电窜雷的通道。 在系统遭受大面积雷击之后。设计部门对原方 案进行了改进：无论新老仪器，所有传感器电缆全 部采用镀锌钢管作为套管，沿途将电缆套管与附近 经过的测压管管壁或接地系统进行连通。减少感应 雷电的干扰。同时对所有的ＭＣＵ进行接地处理。与 ４实践效果 从改造后２年多时间的运行情况来看．自动化 接地网连通．对两岸山头地势较高的观测房电源改 系统一直工作正常。这期间经历过多次雷雨天气。 用太阳能电池作为ＭＣＵ的工作电源。 ３．２改进电源系统 特别是春季，库区多次出现暴雷天气，然而系统一 直运行正常，没有出现雷击事故。 针对坝坡观测房频繁遭受雷击的现象。先是加 装了５台ＵＰＳ，让所有的设备通过ＵＰＳ供电。从试 运行效果来看，当遭受强雷电袭击时。ＵＰＳ同样会率 先损坏，这种用ＵＰＳ当“挡雷盾”算不上良策，因此， 在２００８年汛前，对处于旷野开阔地的观测房进行 ５ 结论 接地是防雷技术最重要的环节．良好的接地系 统可以有效地抑制外来电磁干扰的侵袭，使系统安 全、稳定和可靠的运行。采用钢管给传感器线缆加 装屏蔽层．可以有效减少感应雷电的窜人；采用太 了电源改造，将ＭＣＵ的工作电源全部更换成了太 阳能电池。同时对部分仍使用市电的ＭＣＵ前端的 隔离变压器进行了升级，加装了防涌浪装置。如此 一阳能电池替代市电给ＭＣＵ供电。同时采用直流光 端机通讯，阻断了从市电窜雷的通道；规范布设接 地线也能有效减少雷电感应：增加接地引线的截面 积，加快了将雷电涌浪电流泄地的速度，减小了 ＭＣＵ雷电高电位的持续时间。 来，ＭＣＵ从电源通道串入雷电波的概率就少得 多。经过２年多的运行。没有发生经电源通道串人 雷电波的雷击事故。可以看出，太阳能供电比市电 要安全的多。 ３．３整改接地工艺 针对接地工艺问题及时进行了整改．重新布设 参考文献： ［１】ＤＬｆＩ＇６２１－－１９９７交流电气装置接地规范【Ｓ］． 【２］ＧＢ ５０１６９电气装置安装工程接地装置施工及验收规范［ｓ］． 【３】柘林水电站主坝区渗流与内观监测自动化系统工程安装 了系统所有的接地线，同时在２００９年汛后，集中对 所有的接地系统引线进行更换，用６ ｍｍ的铜丝线 调试报告网．浙江：杭州国电大坝安全工程有限公司，２００４． ｆ……………………………………………………………………………………………………… 、 ● ■ ｌ２—— 倍 欧到娄 洲风能协会发布的最新欧盟 需１５求．７％ ｏ ５ 年将 ８一 ； 该欧盟风能预测报告指出，到２０２０年其风电投资将达 将达 ： ；陆上及海上风电发展预测指出，其发展目标的实现将早于 到２０２０年，欧盟风电将相当于法国、德国、波兰、西班 ｉ欧盟的“２０５０能源发展路线图”。 牙及英国民用电的总和。此外，预计到２０３０年，风力发电量ｉ 将达１ １５４ ＴＷ・ｈ，占总发电量的２８．ｏ％，可为２．４ ４Ｌ．Ｏ，Ｎ￣ ；１ ９４０亿欧元，风电出力将是现在的３倍多。 ～…～～…～…～…～…～… ……～……～…供电，而目前的风力发电量仅能为０．５亿户的欧盟居民供ｉ ～………一……………～…～…～…～……ｌ 欧盟２ｏｌｏ年风力发展电量 ８２僻 占其总用电 电。 ｉ ｌ
