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来源:峨眉山金顶索道 作者:陈 果
日期:2017-08-29 [ 加粗 高亮 还原 ]
从编码器雷击故障谈金顶索道防雷措施

摘要:从编码器被雷击损坏,介绍金顶往复式索道采取的防雷措施,以及这些措施的优点和不足。

关键词:雷击 编码器损坏 系统防雷措施

从2012年8月14日,四川峨眉山金顶索道编码器遭遇强雷击。第二天早检开机显示正常(2#车在驱动站),早检车开出2米左右,计数器1164未随运行而减小,触摸屏显示“54#驱动方向错误”。由于此故障显示以及之前的强雷电天气,与2008年7月出现的编码器雷击故障非常相似(当时也是夜间强雷击后早检车无法开出,多方检查后判断出是1#及2#线路编码器均被击坏,更换编码器后恢复正常),因此初步怀疑是编码器损坏。通过手动将车厢拉回站内的过程,观察编码器信号传回PLC的指示灯,发现0、1号灯(1#线路编码器信号指示灯)均处于长灭状态,而2、3号灯(2#线路编码器信号指示灯)处于正常的闪烁状态,此时,至少可以确认1#线路编码器已经损坏,更换备用编码器后,在技术人员的严密监控下,重新发出早检车,未见异常后索道开始投入当天的运营。当天晚上,我们的技术人员又对编码器及其他电气设备进行了全面检查,确保雷击未对索道设备造成其他危害或隐患。

这次强雷击击坏了一台编码器,但是其他电气设备未受损坏,能够正常运行,说明金顶索道的防雷设备总体上是有效、可靠的,但是仍不能做到万无一失,下面就结合雷电的破坏机理介绍一下金顶索道的防雷措施。

一、雷电的危害

雷电作为一种十分严重的自然灾害,通常以“直击雷”和“雷电电磁脉冲”两种形式造成危害。“直击雷”声光并发、电闪雷鸣,以强大的电流、炽热的高温、猛烈的冲击波、强烈的电磁辐射击伤或损坏放电通道上的人和物。而“雷电电磁脉冲”则悄然发生,不易觉察,后果严重。它是由于雷云之间或雷云与大地之间放电产生的雷电电磁脉冲感应到附近的导体(如金属管道、钢筋、电线电缆等)形成过电压(这种过电压可高达数千伏),侵入低压配电系统和微电子设备,造成这些设备运行中断或永久损坏。随着科学技术的发展和供配电系统及计算机、通信、医疗和现代办公设备的广泛应用,雷电造成的灾害事件越来越多,损失也越来越大。而峨眉山金顶索道海拔高度超过了3000m(上站海拔3048m),年平均雷暴日数为40多天,属于高雷区,雷暴现象频频发生,雷灾事故也连年发生。因此需要采取全面、系统的防雷措施。

二、主要防雷措施

主要包括外部防雷和内部防雷两个方面:

1. 外部防雷

外部防雷包括避雷针、避雷带、引下线、接地极等等,其主要的功能是为了确保建筑物本体免受直击雷的侵袭,将可能击中建筑物的雷电通过避雷针、避雷带、引下线等,泄放入大地。

金顶索道改造前,在近20年的运行中,遭受了多次雷击,虽未造成事故,但索道控制电路板被击穿、程控电话机被击坏等事件时有发生,因此为提高接地效果,降低接地电阻,在新索道设计之初,我们就对站房设计单位提出了以下的要求和建议:

(1)金顶索道处于强雷区,遭受雷击的概率大,站房(包括鞍座)的接地电阻应不超过1欧姆。

(2)为达到上述目标,对于站房的接地应将站房的支撑主钢架相互连通,形成一个等电位连接带,同时要保证设备室(控制室、主机房、配电室及承载索)能与该等电位连接带以最短的距离有效连接,以防止各部分电位差造成安全隐患,并在各设备室内预留接地端子。

从工程的实际实施效果来看,上、下站站房(包括控制室、主机房、配电室及承载索的接地)整体而言接地效果良好,接地电阻检测数值均<1欧姆。这就为保证后续防雷工程的效果打好了基础。

需要特别指出的是,金顶索道属于双端锚固的双承载单牵引往复索道,并且线路中间无支架,对于有支架的其他索道,在考虑防雷系统时还要将支架防雷(如外引接地、置换土壤、使用降阻剂等方式)等措施考虑在内。

2. 内部防雷

内部防雷系统是为保护建筑物内部的设备以及人员的安全而设置的。通过在需要保护设备的前端安装合适的避雷器,使设备、线路与大地形成一个有条件的等电位体。将可能进入的雷电流阻拦在外,将因雷击而使内部设施所感应到的雷电流得以安全泄放入地,确保后接设备的安全。 避雷带、引下线(建筑物钢筋)和接地等构成的外部防雷系统,主要是为了保护建筑物本体免受雷击引起的火灾事故及人身安全事故,而内部防雷系统则是防止雷电电磁脉冲(感应雷和其他形式的过电压)侵入设备造成损坏,这是外部防雷系统无法保证的。

对于内部防雷系统,又可分为两部分:

(1)电源部分防雷:

金顶索道设备的供电,是通过变压器输出至设备配电总开关,然后分做两路,其中一路动力用电,输出至驱动机房,通过可控硅整流后向主电机供电;另外一路则是作为控制系统用电,输出至操作室给操作、控制系统供电。从感应雷击防护与静电防护的角度出发,我们将供电设备都进行有效的接地处理,并且依据 “重点部位重点防护”原则,对设备的电源线路采用多级防雷。除按常规设计,在高压端配置了氧化锌避雷器以使电力线路与电气设备避免遭到过电压的侵袭和破坏外,还采取了如下保护措施:

电源的第一级保护,是在供电线路沿设备用变压器输出进入设备用低压柜后,在低压柜输出端的主开关处安装三相电源避雷器,消除高强度雷电流对电源系统及设备的冲击,并抑制供电线路中存在的浪涌过电压。

电源的第二级保护,对于动力用电,是在设备用低压柜中可控硅专用开关处安装三相电源避雷器,用以保护该输电线路,并尽量避免浪涌过电压对线路及设备的侵害;对于控制系统用电,是在设备用低压柜中,索道控制系统用电的稳压器处安装一个三相电源避雷器,用以保护后端设备电源免遭感应雷电和浪涌过电压的侵害。

电源的第三级保护,是在控制系统用电输出至操作室后的开关处再安装一个电源避雷器,用以吸收低能雷电流和浪涌过电压,使终端电源设备免遭感应雷电和浪涌过电压侵害。

此外,金顶索道上下站均采用站台门电机离合器以及电机加热器。此两种装置均有电源线路与索道控制系统相连,为了保证全面的防感应雷击效果,这两种装置与控制系统的连接端口上也都安装了相应的电源防浪涌保护器。

(2)控制信号系统防雷:

感应雷击对控制信号系统造成危害的途径,一是通过建筑物直击雷泄放造成电磁脉冲侵袭,二是通过雷电流产生的磁场在信号线路中产生感应电动势,进而形成浪涌过电压,然后沿信号线路侵入控制设备造成雷击事故。因此除了从电源线路方面进行保护,预防雷击事故外,还应通过对信号线路的浪涌过电压防护来避免雷击事故的发生。

根据索道控制信号传输的实际,对于上下站的载波接收器、接近开关、行程开关、风速风向仪、接收天线、维修闭锁开关等索道安全控制系统,在相应的控制柜内,这些安全控制装置对应的信号连接端子上,安装信号避雷器,以有效保证这些装置信号传输线路的雷电电磁脉冲防护效果。

金顶新往复式索道建成以来,由于采取了以上防雷措施,停机后注意接地,建筑物、电源、控制系统都得到了良好保护,编码器被雷击后,控制柜内采集编码器信号的控制板未受影响也能说明这一点。但编码器本身被多次击坏,特别是在08年夏季,一次雷击后两台编码器同时损坏,我们分析了损坏原因,编码器通过塑料齿轮与导向轮的齿圈啮合,这一部分不会导电,但是编码器本身是固定在鞍座上的,而鞍座与其承载的承载索都为金属,承载索直接暴露在上、下站之间,极易遭受雷电的袭击,一旦能量过大,得不到及时泄放,编码器内的电路元件就可能被破坏。因此,在08年故障以后,由于编码器的安装位置已不可能改动,我们就只能在编码器与鞍座的连接处加装绝缘板和绝缘纸,尽量提供保护,经过多个雷雨季的考验,虽然仍有编码器被击坏的情况,但是概率已经降低了很多,并且再未出现两台编码器被同时击坏的情况。今后我们将改进、完善包括编码器在内的索道设备的防雷措施,在此请广大同行多多指正,共同做好索道的防雷工作。

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