论水泥厂电气自动化系统的接地和防雷

摘要：最近几年，我国水泥厂电气自动化水平已经有了显著提高，电气自动化系统已经逐渐成为水泥厂的重要组成部分，它对水泥厂的正常运转有很重要的作用。本文通过分析水泥厂电气自动化系统的接地与防雷技术，进一步完善和优化水泥厂电气自动化系统的安全性和稳定性，提高水泥厂的经济效益。

关键词：水泥厂；电气自动化；接地和防雷

水泥厂电气自动化系统的接地与防雷对整个水泥厂自动化系统和供配电系统的安全稳定性具有十分重要的作用。但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、水泥库及水泥磨等）距离很近，在实际施工的过程中，各种接地装置很难被区分开，这使水泥厂的电气自动化系统非常容易遭受雷电流的侵害，严重影响了水泥厂的正常运行，而解决这一问题主要有两种方式：一是采用设置全厂共用一个接地网方式；二是采用设置全厂共用二个接地网方式。一般都采用前者。

一、水泥厂电气自动化系统的接地系统

1.接地装置的构成

通常情况下，水泥厂的接地装置由接地导体（接地线）和接地极组成。接地导体是水泥厂电气自动化系统设备的接地端子和接地极之间的金属导体；接地极是一种金属导体及导电模块，它被直接埋入地中和土地紧密接触。水泥厂电气自动化系统的接地系统需要构建自动化系统、安全系统、低压配电系统。供配电安全系统以及建筑防雷系统等的接地和防雷系统，使整个水泥厂的人工接地体和自然接地体组成一个联合接地系统。

2. 水泥厂内需要接地的系统

在水泥厂内，10kv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都需要设置接地系统。可以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。一般在电气室、变电站及中央控制楼周围设置人工接地体，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。

值得注意的是：在这个联合接地系统中，即使人工接地体之间的某一条接地线断开，也不会影响联合接地系统的运行。但当不同用途接地系统共用一个总的接地装置时，接地电阻应满足一般干法水泥厂工频电阻小于1欧姆的要求，同时也不能大于4欧姆。

由于上述各类系统都是通过等电位接地端子板与接地网连接的，为了保障水泥厂电气自动化系统的正常运行，要尽量消除接地板上的电位偏移。这就要求自动化专业设计人员在进行强电时，采用TN-S配电系统，将PE线与N线分开，防止N线的不平衡电流流向总接地端子，将N母排的低压配电柜和变压器中性点连接，消除接地端子的电位偏移，提高电气自动化系统的安全稳定性。

二、水泥厂电气自动化系统的防雷系统

水泥厂电气自动化系统主要由各类电子器件构成，其抗电磁脉冲、过电流和过电压的能力较弱，一旦电气自动化系统遭 受雷击，会严重损坏电子器件，导致整个水泥厂运行中止。因此，要重视对水泥厂电气自动化系统的防雷设计。

1.外部防雷装置和内部防雷装置的设计

防雷装置可分为外部防雷装置和内部防雷装置，外部防雷装置由接闪器、引下线和接地装置三部分组成，是常规的避雷装置，主要作用是防直击雷。而内部防雷装置主要是用于减小和防止雷电流在需防空间内所产生的电磁效应，减少建筑物内的雷电波侵人和雷电波所产生的电磁效应，防止反击、接触电压、跨步电压等二次雷害所采用的防雷措施，即防止感应雷的侵入。

设计人员往往重视防直击雷的设计，而忽略防雷电波侵人和雷电电磁脉冲感应的设计，但雷电波侵人和雷电电磁脉冲感应侵入建筑物内，威胁人员和设备安全的二次雷害已日益严重起来，对于局外人来说，他们只是做些局部修理就完事了。面对这种挑战，必须在注重防外部直接雷的同时，进行有效的内部二次雷害的防范。而内部防雷装置一般是通过建筑物的等电位联结，采用公共接地系统，对于电子、计算机设备房间，要辅以屏蔽系统、合理布线系统、浪涌保护器等措施，这样便可获得较好的内部防雷效果。

2.配电回路防雷设计

在水泥厂的日常运行过程中，雷电很容易通过电源进线侵害电气自动化系统，严重影响系统的安全稳定运行。水泥厂的供配电系统一般是由三级电压构成：110kV（35kV）/10kV（6kV）/0.4kV（0.23kV）。第二级和第三级供电线路都采用电缆敷设，受到直击雷侵害的几率极低。而 第一级供电线路主要为架空线路，遭受直击雷侵害的几率较大，在被直击雷击中后，雷电流将沿线路入侵，经过变压器耦合到低压线路，通过电气自动化设备和电源线路，从而损坏计算机系统或者仪表。

针对110kV（35kV） 架空线路的供配电系统，必须要做好防雷设计，加强雷电防护。电气自动化系统的电源系统必须采用三级雷电防护：（1）在水泥厂供配电室的电气自动化设备高压端安装通容量尽可能大的防雷装置；（2）在低压配电装置的进线位置安装阀型防雷器；（3）在配电箱出口回路位置安装防浪涌装置。同时，也可以根据水泥厂的实际情况采取多级防护措施。

当然，外界信号系统的网络线也是雷电流流入的一大途径，也会破坏电气自动化系统。但由于外界信号系统与水泥厂的运行直接联系较少，并且外界信号系统多采用光缆线路，可以有效地防止雷电流侵害，因此这种情况可以不予考虑。

3. 水泥厂电气自动化系统的其他防雷措施

为进一步提高水泥厂电气自动化系统的安全性和稳定性，除了对电气自动化系统的电源系统设置以上防护措施以外，水泥厂中央控制室要尽量在静电地板下铺设0.5米见方的裸铜带格栅均压网，作为等电位的连接网络。设置防雷装置的注意事项

（1）对圆库筒仓类建筑，需敷设专门的人工避雷引下线。

（2）防雷装置的驳接处必须焊接，采用绑扎有安全隐患。

（3）应采用外墙柱网，不能用建筑内柱网主筋作防雷引下线，以避免引雷时，强大的雷电流产生的电磁干扰建筑内设备的運行。

三、结束语

水泥厂电气自动化系统的接地与防雷装置的设计关系到整个供配电系统和自动化系统的安全，如果在设计上留下缺陷，到雷雨季节雷击发生后，会使电气自动化系统发生电源故障或集散控制系统（DCS）工作不正常。雷击事故瞬间发生并结束，除了有损坏的设备或元器件外，不留痕迹，设备或元器件损坏的直接原因很难查清，恢复生产的时间较长。所以在设计电气自动化系统时，就应全面综合考虑供配电系统和自动化系统的安全，设计一套保证安全生产的接地系统和防雷系统。

参考文献：

[1] 冯惠兰 . 《水泥厂电气自动化系统的接地与防雷》 [J]. 新世纪水泥导报，2013.5

[2] 王鹏祥 ， 苗雷 ， 汤涛林 ， 陈军 ， 刘世晶 . 《电气自动化系统的防雷保护技术》 [J]. 渔业现代化 ，2011.5

[3] 王强 . 《电气自动化系统的防雷和接地》 [J]. 电力系统通信，2012.3

作者简介：史国君，1987年1月，专科，洛阳理工学院 河南省商丘市梁园区