大唐国际彭水水电开发有限公司重庆市彭水县万足镇409608
摘要：本文从本厂一起典型的雷击事故中分析引起液位计雷击事故进行分析，找出雷击事故原因，将传统室外液位计与现地PLC模拟量输入模块端子直接连接的接线方式变成在液位计之间加装一套电流隔离器和浪涌保护器，从而有效解决了室外投入式液位计雷击事故，提高设备可靠性，该防雷技术简单易实施，改造成本低，能广泛应用于室外液位计防雷技术措施。
关键词：液位计；雷击；原因分析；防雷措施；浪涌保护器；光电隔离器
1引言
投入式静压液位计是一种潜水型的液位传感器，其以静压原理测量液位.具有设计简单、紧凑、坚固可靠、寿命长、无维护工作量等优点，能长年在户内、外安装使用，广泛用于水电厂上、下游水位、水井水位等测量。彭水水电站在雷雨季节，多次发生室外液位计因雷击损坏，造成全厂退出AGC自动运行、不能自动控水池液位、模拟量模件损坏等事故，严重影响机组安全稳定运行。虽多次更换高等级防雷液位计，但防雷效果不佳。
2一起典型液位计雷击事故分析
2.1液位计雷击现象
（1）由历史趋势得知，三个液位在同一时刻损坏，当晚有打雷现象，结合尾水水位计与集水井水位计多次被雷击致坏的现象分析，引起此次多个液位计同时损坏的原因为雷击所致。
（2）用万用表测量模拟量尾水水位端子的取样电阻测值为无穷大，正常应该为250欧，拆开模拟后发现其取样电阻已被击穿。
（3）高压储气罐压力安装在EL213.9米层，以往未有因打雷引起损害的先例，拆开损坏的压力表检查发现其一电容被高电压击穿，而高压储气罐的工作电源（AC220V）端子未有烧坏的痕迹，可以排除因工作电压短路致电容损坏的因素。考虑到高压储气罐信号电源与尾水水位、4号集水井水位在同一模件上，其被损坏的原因为雷击所致过电压通过模拟量模件与高压储气罐压力信号电缆引入压力变送器，过电压致压力变送器电容被击穿。
2.2液位计雷击分类及成因
2.2.1直击雷
雷电直接击在物体上，使物体产生电效应，热效应和机械力，称为直击雷。当雷电直接击在物体上，强大的雷电流使物体水分受热汽化膨胀，从而产生很大的机械力，导致物体燃烧或爆炸。
2.2.2雷电感应
雷电放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应，可使金属部件之间产生火花。感应雷破坏也称为二次破坏，它分为静电感应雷和电磁感应雷2种。由于雷电流变化梯度很大，会产生强大的交变磁场，使得周围的金属构件产生感应电流，这种电流可能向周围物体放电。
2.2.3雷电波侵入
由于对架空线路或金属管道的作用，雷电波可能会沿着这些管线侵入设备，造成高电流引入，危及人身安全或损坏设备；如果附近有可燃物，还容易酿成火灾。
2.2.4雷击电磁脉冲
雷击电磁脉冲是指作为干扰源的直接雷击和附近的雷击引起的雷击效应，雷击电磁脉冲绝大多数是通过连接导体产生的干扰，如雷电流或部分雷电流，被雷电击中的装置的装置的电位升高所产生的磁辐射干扰。
2.2.5液位计雷电感应成因
通过对几种雷电破坏的种类分析，我厂水位计主要是雷电感应引雷，根据我厂投入式液位计的构成，其主要有1、水位计钢丝绳引雷；2、测量筒引雷；3、信号电缆引雷。
①水位计钢丝绳引雷
水位计钢丝绳深入水中，当直击雷击中水面时，钢丝绳很有可能将雷电引入水位计
②测量筒引雷
水位计钢丝绳是通过一个金属筒投入水中，这样做是为了降低测量液位的波动，而测量筒本身为一个导体，在雷击时可能通过测量筒将雷电引入水位计。
③信号电缆引雷
信号电缆引雷主要指电缆的雷电感应，主要是由于电缆信号很长，电缆本身的防雷措施很弱，信号电缆的敷设位置和方式不当，极易引雷造成设备的损坏。
2.3分析液位计易遭雷击原因
我厂尾水水位计的信号电缆长度达几百米，而电缆没有经过很好的防雷处理，整条电缆都没有金属管防护，架设位置也靠近山体，这样感应雷电很容易通过电缆进入设备而造成设备的损坏。结合我厂的设备安装分析引起我厂水位计雷击主要原因为：1、信号电缆过长；2、电缆防雷措施不到位。
3彭水水电站防止雷击采取的措施
为彻底改造液位计被雷击的问题，需要重新敷设室外液位计到PLC的信号电缆，全程采用镀锌钢管进行穿管保护，镀锌管的一边与接地网可靠连接。接入设备的信号线采用铠装屏蔽线，所以屏蔽金属层与设备单点连接，设备再与接地网进行可靠连接。此种改造可以有效防止液位计引起雷击的事故，也可一并解决电缆老化引起的一些问题，但这种方式施工难度大，改造周期比较长。
根据液位计易遭受雷击的原因，结合彭水水电厂实际情况，制定出防止雷击的解决方案：
将传统室外液位计与现地PLC模拟量输入模块端子直接连接的接线方式变成在液位计之间加装一套电流隔离器和浪涌保护器，因电流隔离器无过电压保护功能，因此在控制柜内按电流流入PLC模件方向先加装浪涌保护器后加装光电隔离器，在液位计安装测加装浪涌保护器，这样既能保护液位计同时也能保护PLC模拟量输入模件免受雷击造成损坏。
4实施效果
改造前，每年因雷击频繁造成室外液位计损毁液位计及PLC模拟量输入模块事件，给全厂AGC自动投入及室外水池液位自动控制可靠运行造成极大隐患，检修人员在室外更换液位计也存在极大的作业安全风险。
改造后，通过近两年观察运行，雷雨季节未发生一起因雷击引起的液位计及PLC模拟量输入模块损毁事故，不仅提高了设备可靠性也极大减轻了检修人员工作强度。按照液位计防雷改造前每年平均损毁5个液位计、1个PLC模拟量输入模块计算。每年节省备品备件费用：5*0.23+0.96=2.11万元，且再未发生因尾水水位计异常引起全厂AGC自动退出，受调度考核的异常事件。
5结语
本文通过一次典型的雷击事故，介绍了雷击对彭水水电厂室外投入式液位计的破坏。同时在原来的技术基础上进行了优化，该技术从逆向思维出发，变“主动”为“被动”在测量回路中做文章，采用技术条件成熟且低成本的防浪涌保护器、光电隔离等装置，突破传统液位计的接线方式，有效解决了困扰电厂的一个技术难题。
参考文献：
[1]中华人民共和国国家标准，建筑物设计防雷规范GB50057-1994.
[2]中国气象局，防雷减灾管理办法S.2000.6.
[3]中国气象局，防雷减灾管理办法S.2000.6.
[4]潘家利，周茂华.低压配电系统浪涌保护器及雷电浪涌防护.广西气象，2002，23（2）：61-63.
作者简介：段美前（1984-），男，助理工程师，从事水电站自动化检修维护工作。