谈谈水泥厂电气自动化系统的接地与防雷

[摘 要]由于水泥厂各电气室、中央控制楼与高大建筑物（如窑尾塔架、窑头、均化库、水泥库、生料磨及水泥磨等）距离很小，在实际施工时将各类接地装置严格分开很难，在有些情况下甚至是不可能的。所以，现在一般采用设置全厂共用一个接地网的方式。将各类防雷接地系统的接地引线与共用接地网相连。

[关键词]水泥厂；电气自动化系统；接地；防雷

中图分类号：TQ172；TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）33-0282-01

1.引言

我们知道，电气工程及其自动化专业是电气信息领域的一门新兴学科，但由于和人们的日常生活以及工业生产密切相关，发展非常迅速，现在也相对比较成熟。已经成为高新技术产业的重要组成部分，广泛应用于工业、农业、国防等领域，在国民经济中发挥着越来越重要的作用。

水泥厂电气自动化系统的设计要求上，是要根据其所取得的电源及用电负荷的实际情况，并适当考虑到工厂生产的发展，按照安全可靠、技术先进、经济合理的要求、确定变电所的位置与型式，确定变压所主变压器的台数与容量，选择变电所主结线方案及高低压设备与进出线，确定二次回路方案，选择整定继电保护装置，确定防雷和接地装置，最后按要求写出设计说明书，绘出设计图样。

2.水泥厂电气自动化系统的接地

水泥厂电气自动化系统的接地及防雷装置一般参照规范设计：（1）建筑物防雷接地装置按照《建筑防雷设计规范》设计；（2）配电系统防雷接地装置按照《低压配电设计规范》及《交流电气装置的接地）等规范设计；（3）自动化系统防雷接地装置按照《电子计算机机房设计规范》及《建筑物电子信息系统防雷设计规范》等规范设计。避免雷电流对供配电系统和弱电系统的侵害，将各种系统的接地装置分开的作法是最安全的。

（1）接地装置由两部分构成：接地极及接地线（接地导体）。接地极为埋人地中并直接与大地紧密接触的金属导体及导电模块。而电气设施的接地端子与接地极及接地极问连接用的金属导电部分称为接地线。（2）水泥厂内需要接地的系统是：10 kv及以上供配电安全系统、低压供配电系统的工作及安全系统、自动化系统等的防雷及接地系统。我们采用将全厂的自然接地体和人工接地体构成一个联合接地系统。人工接地体一般设置在电气室、变电站及中央控制楼周围，人工接地体装置沿建筑物构成环网，用接地线将各个人工接地环网多点连接成联合接地系统。（3）需要指出的是：无论各个人工接地体之间的任何一条接地线断开，都不会使整个联合接地系统分裂开。当不同用途接地系统共用一个总的接地装置时，接地电阻应满足其中最小值的要求，一般干法水泥厂工频电阻应小于1 Q。

由于上述各类系统均通过等电位接地端子板与接地网连接，在正常情况下，自动化系统希望接地端子板上没有电位偏移。由于整个接地网设计一般由强电专业完成，作为自动化专业设计人员，应向其提出要求：配电采用TN―S系统。将PE线与N线分开后，在正常情况下N线上通过的不平衡电流并不通过总接地端子，而是通过低压配电柜的n 母排回变压器中性点，避免在总接地端子上产生电位偏移而对自动化系统产生影响。

3.水泥厂电气自动化系统的防雷

3.1 防止直击雷和感应雷的侵害

由于自动化系统一般由电子器件构成，抗过电压、过电流及电磁脉冲的能力极低，毫无防范的系统一旦遭受雷击，设备将会遭受严重损坏，使整个生产线瘫痪。所以，我们在设计仪表和DCS系统的接地装置时，应对雷电流的侵害要有足够的重视。雷电侵害仪表和DCS系统有两种方式：直击雷侵害和感应雷侵害。雷闪电直接击在建筑物、其它物体、大地或防雷装置上，产生电、热效应和机械力的过程称为直击雷；雷闪电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应的过程称为感应雷。水泥厂高于15 m’建构筑物一般设有防直击雷的由接闪器和引下线等构成的防雷装置。由于仪表和DCS系统安装在建筑物内的中控室或各电气室内，建筑物通常都有防直击雷的避雷设施。一般情况下，仪表和DCS设备受到建筑物防雷设施防直击雷的保护，处于雷电的非暴露区，遭受直击雷的可能性相对较小，而遭受感应雷的概率则较高。所以仪表和DCS系统考虑更多的是感应雷及雷电波入侵的防护问题。雷电波侵入DCS系统通常通过电源线、现场仪表电源及信号线、非光纤通讯线。国内水泥厂也时有雷电波损坏现场仪表和IDCS系统事故发生。为防止雷电波对仪表和IDCS系统的损坏，首先设计时仪表及DCS的电源线和所有的信号电缆应远离避雷引下线。避雷引下线与接地体的连接点应与总接地端子与接地体的连接点距离不小于2 m。减小人地泄放雷电流导致接地网电位升高对DCS系统设备的地电位反击。另外室外通讯电缆尽可能采用光纤通讯线，针对仪表及DCS系统电源进线、一些特殊位置的现场仪表的电源信号线以及非光纤通讯线回路必须设置SPD浪涌吸收装置。

3.2 配电回路防止雷电侵入的措施

一般，雷电通过电源进线通道入侵自动化系统比遭受直击雷的几率高。水泥厂的供配电系统一般由三级电压构成：11 0 kV（35 kV）/l 0 kV（6kV）/0.4 kV（0.23 kV）。除了第一级供电线路采用架空线路，其余的都采用电缆敷设，受到直击雷侵害的几率极低。架空线路遭受到雷电直击后，雷电流将沿线路入侵，经过变压器耦合到低压线路，通过自动化电源线路及设备而损坏仪表或计算机系统。对于10 kV架空进线的供配电系统，因为少一级雷电防护，在防雷设计上要有足够的措施。由于雷电产生强大的过电压、过电流，无法一次性在瞬间完成泄流和限压，所以电源系统必须采取多级的防雷保护，确保泄流和限压。按照我国现行的计算机信息系统防雷技术要求规定，电源系统应该采取三级雷电防护：即在建筑物总配电装置高压端各相安装高通容量的防雷装置，作为第一级保护；在低压配电进线安装阀型防雷器作为第二级保护；在分配电箱配出回路安装防浪涌装置（SPD）作为第三级保护。重要场合宜采取更多级的保护措施，如在UPS电源输出端加装防雷器，对重要设备电源输入端加装电源终端防雷设备等等。通过使用多级电源防雷设施，彻底泄放雷电过电流、限制过电压，从而尽可能地防止雷电通过电力线路窜人自动化系统，损害系统设备。

当然，雷电流还可以通过外部信号系统的网络线引入，但是目前设计运行的水泥厂与外部网络的联系少，而且，与外部网络一般由光缆完成，隔绝了雷电流的侵害。

3.3 其他防雷电措施

除在电源系统采取三级防雷措施外，中央控制室活动静电地板下还应采用裸铜带敷设成0.5 m见方的格栅均压网，作为等电位连接网络。中控室内设置等电位连接端子板，连接端子板放射式的与室内各种设备，如计算机设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、防静电接地、安全保护接地、格栅均压网及浪涌保护器（SPD）接地端等均应与最短的距离连接。

目前，国内的综合自动化领域的研究已达到国际先进水平，智能自动化保护技术领域的研究相对处于国际领先水平，研制的分层式综合自动化装置能够适用于各种电压等级电站。将国内外最新的人工智能、网络通信、微机新技术、自适应理论、综合自动控制理论等应用于电气自动化保护装置中，对电力系统自动化保护的新原理进行了研究，可以大大提高电力系统的安全水平，使得新型保护装置具有智能控制的特点。