架空运输设备防雷技术研究.pdf
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1、第 38 卷 第 2 期2024 年 4 月有色设备NONFERROUS METALLURGICAL EQUIPMENTVol.38 No.2Apr.2024引用格式:汪宏峰.架空运输设备防雷技术研究J.有色设备,2024,38(2):84-88.WANG Hongfeng.Research on lightning protection technology of overhead transportation equipmentJ.Nonferrous Metal鄄lurgical Equipment,2024,38(2):84-88.架空运输设备防雷技术研究汪宏峰(黄山旅游发展股份有限公
2、司,安徽 黄山 245000)摘摇 要 现代索道电气控制系统采用的 PLC、计算机网络、交换机等设备以超大规模的电子集成电路制造技术为主,因其大量采用 CMOS 半导体集成模块,抗过流及耐高压能力降低,但安全性要求高。设备设施暴露在天空中且传输线路长,加大了雷电预防的难度,控制系统遭受雷击的概率增大。本文通过对黄山云谷索道传统防雷技术改造,结合最新雷电预测预警技术,将雷电对索道造成的危害降低了 10%20%,对提升索道防雷效果起到了很好的作用。关键词 防雷;电改光;接地电阻;泄放电流;雷电预警中图分类号 TH69摇 摇 摇 文献标志码 A摇 摇 摇 文章编号 1003-8884(2024)02
3、-0084-05DOI:10.19611/11鄄2919/tg.2024.02.014收稿日期 2023-12-25第一作者 汪宏峰(1970),男,安徽歙县人,工程师,主要研究方向为索道机电技术,现任黄山旅游发展股份有限公司索道事业部副总经理。0摇 引言现代索道电气控制系统采用的 PLC、计算机网络、交换机等设备以超大规模的电子集成电路制造技术为主,因其大量采用 CMOS 半导体集成模块,与早期索道所采用的以接触器及分立电子原件为主的控制系统相比,抗过流及耐高压能力大幅下降;另一方面由于客运架空索道作为景区运送旅客的运输工具,对安全性的要求很高,各类检测及信号处理系统应用于索道电气控制系统中
4、,如索道上下站通讯、广播系统、视频信号、RPD 绳位检测系统、U 形针脱索保护系统、风速风向检测系统等,设备设施暴露在露天空中且传输线路长,加大了雷电防范的难度,控制系统遭受雷击的概率增大。索道面对雷击轻则保护性停车,重则设备被击毁。黄山索道已安全运营 40 年,结合多年的防雷实践经验,不断深入研究和探索,防雷技术不断升级实践,取得了一定的成果1-2。1摇 雷电对黄山索道的影响1郾 1摇 索道介绍索道一般建于名山大川、旅游名胜区内,采用电力驱动,利用柔性绳索牵引运载工具运送乘客。索道主要由供电系统、电气控制系统(其中包括安全检测及自控系统、信号采集传输系统、PLC 控制系统等)、钢丝绳、驱动迂
5、回系统、线路支架、液压制动系统及辅助驱动等系统组成。黄山作为世界知名旅游景区,为国内较早开始建设索道的景区之一。1郾 2摇 索道防雷技术的必要性黄山地处北纬 30毅,属于典型的亚热带季风气候,地质条件特殊,山高谷深,垂直气候明显,云雾多、湿度大、雨水充沛。夏季时,景区上空极易短时积聚云层,形成雷暴大雨的恶劣天气,即使是春秋季也时常有雷击事件发生。经统计,黄山索道受影响的雷击类型主要是感应雷,感应雷通过 2 种不同的方式危害索道设备。淤静电感应,当雷云中积聚大量电荷时,会产生很大的电场,导致附近的导体感应出相反的电荷。在发生雷击放电时,雷云中的电荷迅速释放,即使雷击电流并没有直接击中导体,但导体
6、中原来被雷云电场束缚住的电荷也会沿导体寻找释放通道,在电路中形成较大的浪涌电流。于电磁感应,在雷云放电时,迅速变化的雷击电流在其周围会产生强大的瞬变电磁场,受变化磁场影响,附近的导体中会产生很高的可击穿大多数电子产品的感应电动势。黄山自 1986 年建成第 1 条往复式索道以来,目前已运营 4 条客运索道、缆车。在运营初期,由于防雷意识薄弱和防雷手段缺少,索道遭受雷击造成的损失巨大。20 世纪 90 年代初,云谷老索道可控硅系统遭受雷击被烧毁,索道设备从日本进口,受当时国外技术封锁限制,索道设备历时半月才得以修复,仅此一次雷击就造成云谷索道损失超过当年营收的1/10(停运在旅游黄金周期间)。多
7、年来,对防雷技术的不断探索以及防雷手段的不断完善,索道系统遭受雷击的危害和损失逐年减少,特别是雷电直击索道的事件已有多年未发生。经统计,近 5 年黄山索道每年因雷电导致停车总时长达 20 h 左右,造成停车和设备损坏的雷击均为间接雷击(电磁感应),直接经济损失约40 万元。2摇 黄山索道传统防雷技术黄山索道传统防雷措施主要以传统的接闪、分流、屏蔽、接地、等电位等手段为主。站房和支架设置有接闪体(避雷针、避雷带)、引下线、接地网,接地电 阻 大 小 符 合 客 运 架 空 索 道 安 全 规 范(GB 123522018)3。在建筑物中最大限度地利用内部的柱筋,设置较多的引下线,达到对雷电的分流
8、作用,将所有金属物做等电位连接。充分利用埋入地下的金属管道、建筑物的钢结构和钢筋等作为自然接地体。为进一步降低接地电阻,加设以下人工接地体:采用 渍38 50 mm 的镀锌钢管或蚁40 mm 伊 40 mm 伊 4 mm 蚁50 mm 伊50 mm 伊5 mm 的镀锌角钢制成垂直埋设的接地体;采用 渍16 mm 的镀锌圆管或 40 mm 伊4 mm 的镀锌扁钢制成平埋设的接地体;接地线一般采用20 mm 伊4 mm 40 mm 伊4 mm 的镀锌扁钢。3摇 防雷技术升级改造总思路经过深入调研,对索道行业现行应用的一些防雷新技术进行可行性论证,针对雷击感应电压的形成机制和原理,借鉴当前国内外应用
9、的先进防雷技术,同时结合黄山索道防范的雷电特点,一方面对索道设备现行防雷技术进行了硬件再升级,采取冗余设计理念,利用多级防护的方法,将雷云感应电压分层释放,逐级减弱,直至对设备不再产生危害,从而达到保护设备的目的。另一方面充分利用现代化信息技术,完善雷电预测预警系统,实时掌握索道周边雷云动态,达到精准预报,避开雷电高危释放期,“预冶、“防冶双管齐下最大限度减少雷电对索道产生的危害。4摇 黄山索道的防雷技术升级提升实践4郾 1摇 供电系统“三级冶防雷技改对索道电源系统进行“三级冶防护升级,将 SPD保护器并联于线路与大地(L/N)之间。10 kV 进线原设计有阀形避雷器,是一种氧化锌压敏电阻器,
10、其最大优点是电压梯度特别高,一般可达到100 250 V/mm,大电流特性好,可作为第一级防雷,这一级可将数万至数十万 V 的浪涌电压限制到 2 500 3 000 V,其目的是防止浪涌电压直接从 LPZ0区传导进入 LPZ1区;第二级保护是对所有的分配电柜线路加装电源防雷器,并对 LPZ1-LPZ2实施等电位连接,目的是防止浪涌电压直接从 LPZ1区传导进入LPZ2区;第三级保护是在设备外壳与大地之间加装SPD 浪涌保护器(图 1),目的是最终保护终端设备,将残余浪涌电压值降至极低的程度,浪涌电压在设备安全范围内4-7。图 1摇 供电系统三级 SPD 保护示意Fig.1摇 Three鄄lev
11、el SPD protection diagramfor power supply system4郾 2摇 支架设备实施浪涌吸收升级改造支架设备如风速风向仪、RPD 系统、监控系统58汪宏峰:架空运输设备防雷技术研究一般安装在支架顶部最高处,受感应雷的影响概率最大,根据这些系统设备的工作电压、最大耐受电压及工作电流选用相对应的电源和信号防雷保护器,实施浪涌吸收升级改造,在信号线路的前端处安装T2 或 C 级浪涌保护器,在终端设备处安装 T3 或 D级浪涌保护器,防止感应雷的入侵(图 2)8-10。图 2摇 支架设备“浪涌冶升级Fig.2摇 Bracket Equipment upgrade o
12、nsurge protection摇4郾 3摇 运载索加装接地轮泄放雷击电流黄山索道运载索的长度均超过 5 000 m,运载索位于线路支架的顶部,雷暴天气最易产生感应电压。索道原先仅在上下两个站房内装有接地轮,雷电流泄放线路太长,造成以下危害:淤雷电流会在线路绝缘薄弱处泄放击坏设备;于可能在雷电流泄放过程中会对与之平行的通讯电缆或 RPD 等设备造成二次感应,造成设备损坏。为使钢丝绳产生的感应电压能够及时就近释放,在支架托索轮组中设计加装了接地轮,接地轮采用铜质滚轮,通过可伸缩调节的底座固定,施加在钢丝绳上的压力通过底座内部的弹簧调节。这样在钢丝绳上产生的感应电压瞬间通过就近的接地轮进行释放,
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