一、前言
雷電是一種自然放電現(xiàn)象，它具有極大的破壞力，對人類的生命、財產(chǎn)安全造成巨大的危害。自從人類進入到電氣化時代以后，雷電的破壞由以直擊雷擊毀人和物為主，發(fā)展到以通過金屬線傳輸雷電波破壞電氣設(shè)備為主。隨著近年來電子技術(shù)的飛速發(fā)展,人類對電氣設(shè)備尤其是計算機設(shè)備的依賴越來越嚴重，同時電子元器件的微型化、集成化程度越來越高，而這些高精度的微電子設(shè)備內(nèi)置大量的cmos半導(dǎo)體集成模塊，導(dǎo)致過壓、過流保護能力極其脆弱。（美國通用研究公司提供磁場脈沖超過高斯，就可引起計算失效；磁場脈沖超過2.4高斯就可以引起集成電路永久性損壞。）結(jié)果是各類電子設(shè)備的耐過電壓能力下降，遭雷電和過電壓破壞的比例呈不斷上升的趨勢，對設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)的的安全運行造成嚴重威脅。據(jù)統(tǒng)計，全世界每年因雷害造成的損失高達十億美元以上。
發(fā)電廠的通信系統(tǒng)、mis系統(tǒng)、dcs系統(tǒng)是對雷電分敏感的弱電子設(shè)備，特別是dcs系統(tǒng)如果出現(xiàn)故障，會嚴重影響發(fā)電廠的正常生產(chǎn)。今年造成300億美元損失的美加大停電最初的起因就是雷擊。由于有了這樣深刻的教訓(xùn)，我國電力系統(tǒng)對雷電防護更加關(guān)注了。電力系統(tǒng)相關(guān)部門也正在采取更完善防護措施。
發(fā)電廠的廠房屬國家級二類防雷建筑物，一般來說，在建廠時已經(jīng)具備依據(jù)《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》gb50057-94設(shè)計的直接雷擊防護措施，而且接地系統(tǒng)都做得很完善。但是對于內(nèi)部的設(shè)備防雷目前還沒有做到非常系統(tǒng)的防護。
二、一般防雷理論
2.1雷電侵入的途徑
雷電對電氣設(shè)備的影響，主要由以下四個方面造成：
1.直擊雷直擊雷蘊含極大的能量，電壓峰值可達5000kv，具有極大的破壞力。如建筑物直接被雷電擊中，巨大的雷電流沿引下線入地，會造成以下三種影響：
1．巨大的雷電流在數(shù)微秒時間內(nèi)流下地，使地電位迅速抬高，造成反擊事故，危害人身和設(shè)備安全。
2．雷電流產(chǎn)生強大的電磁波，在電源線和信號線上感應(yīng)極高的脈沖電壓。
3．雷電流流經(jīng)電氣設(shè)備產(chǎn)生極高的熱量，造成火災(zāi)或爆炸事故。
2.傳導(dǎo)雷遠處的雷電擊中線路或因電磁感應(yīng)產(chǎn)生的極高電壓，由室外電源線路和通信線路傳至建筑物內(nèi)，損壞電氣設(shè)備。
3.感應(yīng)雷云層之間的頻繁放電產(chǎn)生強大的電磁波，在電源線和信號線上感應(yīng)極高的脈沖電壓，峰值可達50kv。
4.開關(guān)過電壓供電系統(tǒng)中的電感性和電容性負載開啟或斷開、地極短路、電源線路短路等，都能在電源線路上產(chǎn)生高壓脈沖，其脈沖電壓可達到線電壓的3.5倍，從而損壞設(shè)備。破壞效果與雷擊類似。
2.2完善的雷電保護系統(tǒng)
完善的雷電保護系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)如下：
那么概括的說，當今電子設(shè)備的防雷手段，主要采用分流、接地、屏蔽、等電位和過電壓保護五種方法。
a.分流利用避雷針、避雷帶或避雷網(wǎng)等將雷電流沿引下線安全地流入大地，防止雷電直接擊在建筑物和設(shè)備上。
b.屏蔽計算機系統(tǒng)所有的金屬導(dǎo)線,包括電力電纜、通信電纜和信號線均采用屏蔽線或穿金屬管屏蔽，在機房建設(shè)中，利用建筑物鋼筋網(wǎng)和其他金屬材料，使機房形成一個屏蔽籠。用以防止外來電磁波（含雷電的電磁波和靜電感應(yīng)）干擾機房內(nèi)設(shè)備。
c.等電位連接將機房內(nèi)所有金屬物體，包括電纜屏蔽層、金屬管道、金屬門窗、設(shè)備外殼等金屬構(gòu)件進行電氣連接。
d.接地在計算機網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，為保證其穩(wěn)定可靠的工作、保護計算機網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和人身安全，解決環(huán)境電磁干擾及靜電危害，需要一個良好的接地系統(tǒng)。接地和等電位連接方式。
e.過電壓保護
在電子設(shè)備的信號線、電源線上安裝相應(yīng)的過電壓保護器，利用其非線性效應(yīng)，將線路上過高的脈沖電壓濾除，保護設(shè)備不被過電壓破壞。主要的保護器件為氧化鋅壓敏電阻、二極或三極放電管、快速箝位二極管等，根據(jù)需要進行組合，形成完整的防雷保護器。
2.3防雷分區(qū)
根據(jù)iec1312-1雷電電磁脈沖的防護標準，計算機系統(tǒng)的防雷保護區(qū)分為四個區(qū)域，各區(qū)交界處應(yīng)作相應(yīng)的防雷處理。各區(qū)劃分如下：
lpz0a區(qū)：
直擊雷作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護區(qū)以外的區(qū)域，由于本區(qū)內(nèi)所有物體均有可能遭受直接雷擊，并可能導(dǎo)走全部雷電流；另外本區(qū)能所有物體均處于雷電電磁場最強處，故對于雷電的感應(yīng)最強。
lpz0b區(qū)：
感應(yīng)雷主作用區(qū)，處于建筑物避雷針系統(tǒng)保護區(qū)內(nèi)，但未經(jīng)空間首次電磁屏蔽，雷電作用電磁場并不衰減，處于此空間的所用可導(dǎo)電物體均可感應(yīng)較強雷電流的區(qū)域。
lpz1區(qū)：
建筑物屏蔽區(qū)，本區(qū)內(nèi)各物體不可能遭受直擊雷，流往各導(dǎo)體的雷電流比0b區(qū)進一步減小，本區(qū)內(nèi)電磁場也可能會衰減，取決于建筑物的屏蔽措施。
lpz2區(qū)：
房間屏蔽區(qū)，對于機房所處空間，應(yīng)采用屏蔽措施，以進一步減小空間電磁場的干擾。
當金屬導(dǎo)線（電源線、信號線等）穿越不同的保護分區(qū)時，因電磁感應(yīng)的作用，會產(chǎn)生較高的過電壓，影響室內(nèi)設(shè)備的安全。因此，需安裝相應(yīng)的過電壓保護器，對設(shè)備進行保護。在不同的保護分區(qū)，所采用的防雷器級別是不同的。同時，需要作相應(yīng)的等電位處理。
進入建筑物大樓的電源線和通訊線應(yīng)在lpz0與lpz1、lpz1與lpz2區(qū)交界處，以及終端設(shè)備的前端根據(jù)iec1312——雷電電磁脈沖防護標準，安裝上obo之不同類別的電源類spd，以及通訊網(wǎng)絡(luò)類spd(如圖2)。(spd瞬態(tài)過電壓保護器)，spd是用以防護電子設(shè)備遭受雷電閃擊及其它干擾造成的傳導(dǎo)電涌過電壓的有效手段。
三、dcs系統(tǒng)防雷接地方案
dcs為分散控制系統(tǒng)的英文（totaldistributedcontrolsystem）簡稱。指的是控制危險分散、管理和顯示集中。 dcs分為三大部分，帶i/o板的控制器、通訊網(wǎng)絡(luò)和人機界面（hmi）。由i/o板通過端子板直接與生產(chǎn)過程相連，讀取傳感器來的信號。i/o板有幾種不同的類型，每一種i/o板都有相應(yīng)的端子板。
模擬量輸入，4-20毫安的標準信號板和用以讀取熱電偶的毫伏信號板；4-16個通道不等；
模擬量輸出，通常都是4-20毫安的標準信號，一般它的通道比較少，4-8個個通道；
開關(guān)量輸入；16-32個通道：
開關(guān)量輸出，開關(guān)量輸入和輸出還分不同電壓等級的板，如直流24伏、125伏；交流220伏或115伏等；8-16個通道不等；
脈沖量輸入，用于采集速率的信號；4-8通道不等；
快速中斷輸入；
hart協(xié)議輸入板；
現(xiàn)場總線i/o板；
電力系統(tǒng)的dcs系統(tǒng)主要構(gòu)架也如同上面所敘述的那樣，但它下面的過程層dpu分為很多子系統(tǒng)：常規(guī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)das、爐膛安全監(jiān)控系統(tǒng)fsss、協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)ccs、順序控制系統(tǒng)scs、汽機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)deh、小汽機電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)meh、汽機緊急跳閘系統(tǒng)ets、鍋爐旁路控制系統(tǒng)bpc，還包括煙氣脫硫控制系統(tǒng)fgdcs、電氣控制系統(tǒng)ecs。
由于dpu單元都是反饋過來重要的過程量，如果由于雷擊事故造成了數(shù)據(jù)的紊亂或者過程量的偏差，將會給正常的發(fā)電生產(chǎn)造成嚴重的后果，因此，dcs系統(tǒng)進行防雷保護是一種必不可少的防護措施。
3.1外接地網(wǎng)
一般電廠都采用聯(lián)合接地。
3.2室內(nèi)等電位連接
一般發(fā)電廠dcs控制機房的面積不大，可以采用4x40mm扁銅帶沿機房墻壁處布放成環(huán)狀作為工作地接地環(huán)，每根扁銅帶需要用膨脹螺釘架空5—10cm鋪設(shè)在地面上。此接地環(huán)要用4x40mm扁銅帶或扁鋼與直流接地引下線作焊接處理。
機房內(nèi)的設(shè)備的接地線以最短的方式，直接連接到環(huán)狀工作地接地環(huán)上。防靜電地板的金屬支架和靜電地板下的線橋都應(yīng)直接連接到環(huán)狀工作地接地環(huán)上。
3.4通過防雷器建立等電位連接
3.4.1電源部分
電源部分采用兩級防雷。
第一級電源防雷器采用v25-b/3 npe電源防雷器。
在機房總配兩路輸入配電母線控制開關(guān)的次極出線端上安裝v25-b/3 npe電源防雷器，從三相電源進線側(cè)引線v25-b/3 npe，前面串聯(lián)加裝3pcs32a的空氣開關(guān)，安裝在主配電柜里面。
根據(jù)用戶的需求，v25-b可以選擇以下兩種報警方式：
as聲光報警模塊附帶聲音與燈光報警的功能底座，給該底座供一220v單相市電，在正常的情況下燈光顯示為綠等，當有模塊損壞時，報警燈由綠色變成閃爍的紅燈，并伴有“嘀嘀”報警聲，提醒維護人員更換。
fs遙信觸點模塊附帶遙信觸點功能底座,可根據(jù)實際需要選用端子1-2（常開觸點）或1-3（常閉觸點）連接。而端子接線可使用多股線或單芯線。
第二級電源防雷器采用obo公司的v20-c/3 npe電源防雷器。
并聯(lián)安裝在的機房分配電箱的主空開后，ups的輸入端，主要作用是進一步將電源線引入雷電導(dǎo)致的過電壓限制到對設(shè)備無害的水平。并且防雷器前需串聯(lián)3pcs20a的后備空氣開關(guān)。
根據(jù)用戶的需求，v20-c也可以選擇聲光報警功能或遙信報警功能模塊。
系統(tǒng)控制線路防雷
dcs系統(tǒng)控制線路的防雷主要采用2種措施，一是屏蔽，二是安裝防雷器。所有的控制線路應(yīng)采用屏蔽電纜；對于穿越不同防雷分區(qū)的控制線路應(yīng)在兩端安裝obo測量控制系統(tǒng)防雷器。防雷器的選擇應(yīng)根據(jù)線路的工作電壓、傳輸速率和接口形式選擇相對應(yīng)的防雷器。obo專用于控制系統(tǒng)的防雷器是fld和frd系列。
a．das（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）
das（數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）包括各種類型熱力參數(shù)、電氣一次系統(tǒng)刀閘和開關(guān)的狀態(tài)以及電壓、電流、電量、有功功率、無功功率等和輔機閥門狀態(tài)等數(shù)據(jù)的采集、測量和監(jiān)視；完成所有參數(shù)的當前值、歷史值和狀態(tài)的顯示、分析、管理和打印；參數(shù)報警的記錄、提示、打印及處理；soe的記錄、打印，并在發(fā)生soe時自動推出相關(guān)畫面；報表的自動計算和自動打印。根據(jù)實際需要，我們選擇重要的數(shù)據(jù)過程量進行防雷，防雷器選用德國obo的fld24工業(yè)控制防雷器。
（協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)/模擬量調(diào)節(jié)系統(tǒng)）
ccs/mcs包括協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)，包括負荷管理中心、壓力定值回路、機、爐指令形成回路等；燃料自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；送風自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；引風自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；磨煤機出口溫度/入口壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；過熱器減溫自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；給水自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；除氧器/凝汽器水位自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；軸封壓力自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；高/低壓旁路溫度自動調(diào)節(jié)系統(tǒng)；各種控制調(diào)節(jié)系統(tǒng)有很多重要參數(shù)直接關(guān)系到正常工作，因此我們需對這些重要的子系統(tǒng)進行防雷，防雷器選用德國obo的fld24工業(yè)控制防雷器。
和bms（鍋爐保護系統(tǒng)和燃燒指導(dǎo)系統(tǒng)）防雷
fsss具有大、小油槍的程控、對角啟停；火焰檢測；鍋爐吹掃及允許點火條件；滅火保護及首次跳閘記憶等功能。bms具有一、二、三次風速測量；煤粉濃度測量計算；鍋爐實時效率計算；燃燒操作指導(dǎo)等功能。上述各重要參數(shù)也直接關(guān)系到正常工作，我們也許進行防雷保護，防雷器選用德國obo的fld24工業(yè)控制防雷器。
（順序控制系統(tǒng)）防雷
scs具有電動門、遠方操作執(zhí)行器的軟手操及聯(lián)鎖、成組控制；電磁閥、電磁鐵、氣動球閥的軟手操及聯(lián)鎖控制；重要輔機的聯(lián)鎖保護、聯(lián)鎖啟停等功能；主要輔機的順序控制啟停功能。同樣它也存在很多重要的4-20ma過程量，我們也必須對這些采集終端進行防雷保護，防雷器選用德國obo的fld24工業(yè)控制防雷器。
scs防雷見工程圖spd-6
（電氣控制系統(tǒng)）防雷
ecs主要斷路器的軟手操功能，包括預(yù)合、合閘、預(yù)分、分閘、禁操等；高壓廠用電動機和低壓電動機的順序控制啟停；自動同期、同期閉鎖、微機自動準同期開關(guān)、調(diào)速、自動并網(wǎng)、自動勵磁、自動解列、自動滅磁等功能；廠用電源切換；模擬顯示電氣系統(tǒng)的各項參數(shù)與設(shè)備分合狀態(tài)、電氣潮流圖；發(fā)電機定子、轉(zhuǎn)子、母線絕緣檢查；報警記錄繼電保護裝置動作情況及各斷路器動作順序；通過與專用裝置配合，完成自動準同期（aass）、自動電壓調(diào)整裝置（air）、廠用電源備自投（bzt）等功能;實現(xiàn)電力系統(tǒng)“五防”（防止誤拉、誤合斷路器、帶負荷拉合隔離開關(guān)、帶電掛接地線/合接地刀閘、帶接地線/接地刀閘送電、誤入帶電間隔），減少誤操作概率;升壓站網(wǎng)控控制，利用macs多域結(jié)構(gòu)，整合繼電保護等自動裝置，實現(xiàn)發(fā)電機變壓器組高、低壓廠用電系統(tǒng)、廠用電動機、輸電線路、母線保護等設(shè)備的控制、監(jiān)視、保護功能一體化，同時又保證了各功能間的獨立性和可靠性;繼電保護管理功能根據(jù)事先輸入的參數(shù)、由操作員輸入相應(yīng)的參數(shù)后系統(tǒng)自動生成電氣系統(tǒng)阻抗圖，顯示當前繼電保護裝置安值、動作統(tǒng)計、準確率計算。ecs系統(tǒng)是dcs系統(tǒng)中比較重要的一個子系統(tǒng)，它有許多相當重要的數(shù)據(jù)參數(shù)，因此我們對它進行防雷保護，防雷器選用德國obo的fld24工業(yè)控制防雷器。
ecs防雷見工程圖spd-7
（數(shù)字式電液調(diào)節(jié)系統(tǒng)）防雷
啟動工況－遠方掛閘、自動升速、自動同期、自動并網(wǎng)，并網(wǎng)后自動帶初負荷、自動升至目標負荷、參與協(xié)調(diào)控制及agc；正常運行工況－轉(zhuǎn)速控制、參與一次調(diào)頻、功率控制、閥位控制、主汽壓力控制；特殊運行工況－主汽壓力低限制、真空低限制、負荷限制、runback快速減負荷控制、機跟爐壓控方式、甩負荷快關(guān)調(diào)門超速限制；閥門管理－高壓調(diào)節(jié)單閥控制、順序閥控制以及相互切換，中壓調(diào)節(jié)單閥控制；試驗－超速試驗、注油試驗、高壓遮斷模塊在線活動試驗、閥門活動試驗、閥門嚴密性試驗；保護功能－三個測速模塊三取二超速保護等；過程參數(shù)實時顯示與控制參數(shù)在線設(shè)定；高級功能－汽輪機熱應(yīng)力計算、自動啟停.
根據(jù)實際要求，我們將對一些重要的過程量進行防雷保護，防雷器選用德國obo的fld24工業(yè)控制防雷器。
3.5室內(nèi)布線方式討論
機房的室內(nèi)布線，要注意以下幾點
◇通信電纜以及地線的布放應(yīng)盡量集中在建筑物的中部。
◇不論是何種金屬線纜，已經(jīng)過spd保護后的電纜與未經(jīng)過保護的線纜不應(yīng)平行布放，如受條件限制只能平行布放，則也要對已經(jīng)過spd保護后的電纜采取屏蔽保護，并且屏蔽層至少要兩端接地。
◇通信電纜以及地線的布放應(yīng)盡量集中在建筑物的中部。
由于機房所處大樓是鋼筋混凝土的建筑物，當安裝有接閃器時，由于接閃器可能利用建筑物主筋柱作為引下線，除了上述幾點外，還要注意2點：
◇通信電纜線槽以及地線線槽的布放應(yīng)盡量避免緊靠建筑物立柱或橫梁，避免沿建筑物立柱或橫梁布線較長的距離。
◇通信電纜線槽以及地線線槽的設(shè)計應(yīng)盡可能位于距離建筑物立柱或橫梁較遠的位置。
四、參考標準規(guī)范
建筑物防雷規(guī)范（gb50057-94）
計算機房防雷設(shè)計規(guī)范(gb50174-93)
計算站場安全要求(gb9361-88)
計算機信息系統(tǒng)防雷保安器（ga173-1998）
通信局（站）雷電過電壓保護工程設(shè)計規(guī)范（yd5098/t-2001）
雷電電磁脈沖的防護（iec1312）
過電壓保護器（vde0675）
《電力系統(tǒng)通信管理規(guī)程》（dl/t544-94）
《電力系統(tǒng)通信站防雷運行管理規(guī)程》（dl/t548-94）
《電力系統(tǒng)載波通信運行管理規(guī)程》（dl/t546-94）
