发电厂信息设备的电磁脉冲干扰及过电压防护谢衍文(广东省新丰江电厂，广东河源517021)
摘 要：指出发电厂内装设的信息设备在电磁脉冲干扰和过电压防护方面存在的问题，提出了解决问题的基本方法及注意事项，对防雷区及其界面、等电位连接技术、电磁屏蔽、电涌保护器、接地网络、电源等方面作了探讨。
关键词：发电厂；信息设备；电磁脉冲；LEMP；过电压；防护
在发电厂中，以微处理器为核心的信息设备，如带微处理器的控制设备，以计算机为核心的监控设备，MIS系统等，其应用已越来越多，由于这些信息设备的核心部件——微处理器的集成度非常高且还在不断提高，数字量“0”和“1”间的电位差很小，这些都导致了信息设备的抗电磁脉冲干扰及过电压能力甚弱，一个幅值看来并不高的过电压或电磁脉冲干扰都可能引起微处理器计算错误或损坏，引起被控制设备出错或导致事故，这对发电厂的安全生产是相当不利的。有资料报道，一个强度达到2.4×10－4T的电磁脉冲干扰就可使计算 机硬件损坏，一个强度达到0．07×10－4T的电磁脉冲干扰可使计算机工作失误。因此 ，发电厂的信息设备拥有完善的电磁脉冲防护及过电压保护措施，是保证信息设备安全工作的前提。因为历史的原因，许多老厂的信息设备安装场所原来并没有完善的防护雷电电磁脉冲（LEMP）的措施，现有防护电磁脉冲干扰及过电压的措施也不同程度地存在不规范现象，由于发电厂的电磁环境复杂，过电压来源广泛，这是个严重的问题，应该迅速找出已经存在的问题，并采取措施纠正，做到防护措施既完善又经济。由于信息设备的电磁脉冲及过电压防护是一项复杂的工程，涉及到大量的计算、防护元件选择、等电位连接、接地网、EMC（电磁兼容性）等方面，这不是一篇文章所能说清楚的，只对发电厂信息设备在电磁脉冲干扰（特别是雷电电磁脉冲干扰）及过电压、防护的基本做法、应注意的事项等作初步的探讨。 1电磁脉冲干扰及过电压防护的基本做法要求
发电厂信息设备的电磁脉冲干扰及过电压防护需要考虑来自外部的雷电电磁脉冲干扰及来自电厂内部的电气设备产生的电磁脉冲干扰，其最基本的解决方法是电磁屏蔽和正确的等电位连接以及装设电涌保护器（简称SPD），基本做法简介如下。
1） 防护雷电电磁脉冲干扰，应先弄清信息设备安装地点所具有的防雷区LPZ级别及其界面，算出该LPZ区的雷电电磁脉冲的磁场强度及允许安装信息设备的安全空间，弄清信息设备能承受过电压的能力。根据信息设备所能承受的电磁脉冲干扰强度，确定该信息设备所要求的LPZ区级别，并采取屏蔽措施及等电位连接措施使信息设备安装地点达到它所要求的LPZ级别。根据信息设备承受过电压的能力，选择合适的SPD，确定装设电涌保护的级数。
2）发电厂内装有信息设备的建筑物，至少应按第三类防雷建筑物采取防雷措施，应采用 网格型接闪器或利用建筑物钢筋作接闪器。引下线最好采用多根环形导体互相连接（或利用建筑物钢筋、金属框架或支承等构成的网格形钢筋网络），使建筑物的防雷装置对建筑物内部的空间形成格栅形屏蔽层（似法拉第笼），这样，建筑物内部的空间得到屏蔽且可达到LPZ1区。在LPZ1区，由建筑物外部雷击引起的电磁脉冲的磁场强度被建筑物的格栅形屏蔽衰减，在与建筑物屏蔽层的距离达到安全距离ds/1（或ds/2）的建筑物内部空间（即安全空间），可安装抗电磁脉冲干扰能力较强的信息设备，若信息设备的抗电磁脉冲干扰能力较弱或很弱，则应安装在LPZ2区或更高级别的后续防雷区LPZ3等。不管设备装在哪一级防雷区，信息设备都不能靠近该区的屏蔽层安装，应装在与该区屏蔽层距离达到安全距离ds/1（或ds/2）的安全空间内，ds/1（或ds/2）的计算方法可参见GB 50057－94补充条文，应该注意，此时计算出的LPZ区的“安全空间”并未考虑来自电厂内部电磁脉冲干扰源的影响，设计计算中必须考虑这一影响（可以用实验测量或计算的方法确定其强度）。同时应该注意，靠近建筑物的门、窗口处，雷击产生的磁场强度可能没有衰减，即靠近窗口的一定范围内仍然是LPZ0区而不是LPZ1区，若要在靠近门或窗口的安全空间内安装信息设备，应对门、窗采取屏蔽措施并将其与建筑物屏蔽层连接。另外，对采取独立避雷针（线）防雷的建筑物，若建筑物本身的钢筋或钢构架未构成格栅形屏蔽层，则建筑物内部空间的磁场强度不会衰减，即其内部空间仍为LPZ0B区，这一区域不宜安装信息设备，解决的办法，可在建筑物外加装格栅形屏蔽层，或者在安装信息设备的场所另加屏蔽层。
3 ） 等电位连接。等电位连接的目的是为了减小建筑物内各金属物之间的电位差及减小建筑物内部的磁场强度，它与电磁屏蔽一起构成信息设备抗电磁脉冲干扰和过电压保护，两者不可分割。等电位连接的基本要求简介如下。
（1）所有穿越防雷区LPZ交界面（即电磁场发生突变的地方）的金属物，如电缆槽、金属管、混凝土管内的钢筋网、电缆屏蔽层、电源的PE线、电缆金属护套、建筑物钢筋等都应在防雷区交界面用等电位连接排作等电位连接。穿越防雷区交界面的电源电缆、控制电缆、信号电缆、通讯电缆等的金属芯线应在防雷区交界面通过SPD与等电位连接排作等电位连接。
（2） 所有LPZ区内的金属物体，如金属地板和门窗、金属管道、起重机、地板和天花板钢 筋等，都应用等电位连接排作等电位连接。
（3）信息系统的等电位连接。信息系统由许多台信息设备组成。信息设备的外露可导电部分，如金属箱体、机架等，应以网格型（M型）或星型（S型）方式与电厂的接地网作等电位连接，也可以是M型和S型方式的组合作等电位连接。S型方式主要用在较小的、局部封闭的、信号频率低于0．1 MHz的信息系统，该信息系统只以一点（为接地基准点ERP）接入电厂的接地系统，信息系统的其它导电部件均与电厂的接地系统保持足够的绝缘，若要装设SPD，应接在ERP上，信息设备间的电缆线应与等电位连接线平行。M型方式主要用在较大的、开放的、信号频率高于10 MHz的信息系统中，该信息系统应有多点与电厂的接地网连接。对于由许多信息设备构成的复杂的信息系统的等电位连接，可将S型和M型以适当的方式组合起来。
(4) 等电位连接排应就近与建筑物钢筋（或屏蔽体）相连，同时与环形接地体相连，环形接地体应每隔5 m与屏蔽体相连并每隔5 m与电厂接地网相连，组成等电位连接网络，不同LPZ的所有等电位连接排、环形接地体应连接在一起，等电位连接排应用截面积大于50 mm2铜材，应用短而宽直的铜材。应当注意，装有信息设备的封闭金属箱体、屏蔽机架等本身就是一个LPZ交界面。
(5)屏蔽电缆的屏蔽层应在LPZ的交界面及电缆两端都要作等电位连接，电缆屏蔽层不能耐受可能流过它的雷电流时，应将其穿入首尾电气贯通的金属电缆槽或金属管中，电缆槽、金属管、电缆屏蔽层应接至等电位连接排。2 应注意的问题
1)所有接地引线都应尽量短且保持直线，以减小引线上的电感压降。
2 ) 信息设备所用的屏蔽电缆，有的电厂为了避免因屏蔽层多点接地引起低频干扰或屏蔽层 因过流而损坏，采用屏蔽层单点接地方式，这是危险的。正确的方法是，要消除屏蔽层多点接地引起的低频干扰，可以选用双屏蔽电缆，将其外屏蔽层多点接地，内屏蔽层单点接地；或者将单屏蔽层电缆穿金属管，金属管两端接地，电缆屏蔽层单点接地。
3)尽管建筑物已具有格栅形屏蔽，但由于来自发电厂内部的电磁脉冲干扰甚多，有些干扰 的强度还比较大，信息设备应能有效屏蔽这些来自建筑物内部的电磁脉冲干扰，它们最好都安装在LPZ2区内或者更高的LPZ区内。安装信息设备的机架应是屏蔽机架，对无屏蔽作用的柜门应及时整改，信息设备的柜门无论是运行或检修时都不能长时间打开。应禁止在装有信息设备的机架内电焊。
4) SPD应能承受可能通过它的雷电流值，应能熄灭来自电源的续流，应能满足信息设备对 浪涌的最大箝位电压的要求，应该考虑到由于波的折、反射导致信息设备承受的电压可能比最大箝位电压高；SPD两端的引线应尽量短，以减少引线上的电感压降；不同防雷区界面所用的SPD，应有适合该界面的能量耐受能力；用氧化锌压敏电阻作SPD时，应选对地电容小的。
5)信息设备的交流电源多数从发电厂内部取得，由于发电厂与电力系统联系紧密，所以信 息设备每相交流电源对接地网间应装设SPD，中性点不接地交流电源的中性线对接地网间也应装设SPD，必要时可在交流电源的三相线间装设SPD。信息设备的电源电缆应采用有屏蔽层的电缆，无屏蔽层的电缆应穿金属管，金属管两端应与电厂地网作等电位连接。SPD的最大箝位电压应小于信息设备的过电压耐受能力，从配电变压器低压侧到信息设备之间，至少应有两级的SPD保护。直流电源的正负极间应接SPD进行保护。
6)接地网的问题。信息设备用的接地网应与电厂的防雷接地网和电气设备接地网共用，以保证它们有相同的零电位。但若信息设备采用公共接地网时，干扰严重的话，可采用单独的接地网，这时，信息设备的地网与电厂的其它接地网间应以低压的氧化锌压敏电阻相连。至于信息设备的接地网的接地电阻大小，可不作太过严格的要求，要求的接地电阻过小，投资加大，若等电位连接不正确，一样不能有效保护信息设备，但一些沿用的行业标准对计算机设备的接地网电阻值要求太高，有些要求小于0．5 Ω或更小，是否合理，笔者认为需要探讨。一般情况下，发电厂地网的接地电阻值可以满足信息设备接地要求，两者可以共用，关键是要作正确的等电位连接。
7 ） 由于发电厂的信息设备还受到来自电厂内部的电磁脉冲干扰，因此不能按一般建筑物防雷电电磁脉冲干扰的做法，仅对穿过LPZ0、LPZ1区交界面的电缆芯线及金属物进行等电位连接，应该充分考虑到电厂内部的电磁脉冲干扰源的影响。至于怎样计算或测量才能更正确评估电厂内部电磁脉冲干扰的影响，仍需要探讨。
8）应尽可能明确所安装信息设备能耐受电磁脉冲干扰及过电压的能力，以便对其确定防护级别，做到经济实用。3结束语
信息设备的电磁脉冲干扰及过电压防护技术还在发展中，有许多需完善和探讨的地方。由于电磁脉冲干扰的强度变化范围较大，不同的发电厂，其地理位置不同，输电电压等级不同，建筑结构不同，信息设备的环境条件相差很大；不同类型的信息设备的防护要求也不同。必须密切结合现场实际，正确地评估环境条件，才能做出完善且经济的防护方案，不会因要求过高而使方案过于复杂及投资大增，也不会因要求过低而损害信息设备的安全。要正确评估环境条件并不是一件很容易的事，信息设备的防护工程投入运行后，仍要作长时间的观察，在发现与解决问题的过程中不断完善。 四川电力技术