引黃工程通信系統(tǒng)的防雷及改造

段 強(qiáng)

（山西省萬(wàn)家寨引黃工程總公司，太原 030012）

1 引黃工程通信系統(tǒng)功能

山西省萬(wàn)家寨引黃工程實(shí)現(xiàn)了高水平的自動(dòng)化功能。該工程自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)五座大型水泵站及其大型取水分水閘、大型調(diào)節(jié)閥站、大型閥門室的設(shè)備進(jìn)行監(jiān)視、控制和調(diào)節(jié)，對(duì)所屬大型水庫(kù)、450多公里的隧洞、管道、渡槽等輸水水工建筑物進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并對(duì)以上設(shè)備、設(shè)施進(jìn)行有效統(tǒng)一的調(diào)度和管理。而通信系統(tǒng)是調(diào)度自動(dòng)化、輸水現(xiàn)代化的基礎(chǔ)，是全線供水、輸電系統(tǒng)重要的、密不可分的組成部分，是確保引黃工程供電、輸水系統(tǒng)安全、穩(wěn)定、優(yōu)質(zhì)運(yùn)行的重要手段。其重要任務(wù)是為全線供電、輸水系統(tǒng)調(diào)度、繼電保護(hù)及安全自動(dòng)裝置和調(diào)度自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)提供可靠的信息通道。通信系統(tǒng)承擔(dān)的任務(wù)決定了其必須保持實(shí)時(shí)暢通，不可中斷。

2 引黃工程泵站通信機(jī)房及通信系統(tǒng)防雷改造前狀況

2.1 概述

引黃工程的通信站點(diǎn)除引黃調(diào)度大樓、偏關(guān)、平魯、寧武通信站外，36個(gè)站點(diǎn)大都位于山區(qū)，一般都處在高海拔山峰上，由于山高樹(shù)木少，極易成為雷擊的目標(biāo)。山上土少石頭多，還造成接地電阻很難降得很低，使雷電流的泄放造成很大困難。站點(diǎn)建筑物為低層鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，并設(shè)有高大的通信鐵塔及架空線路，相對(duì)突出，由于改變了局部大氣電場(chǎng)，增大了發(fā)生雷擊的概率。站點(diǎn)的鐵塔、站房、架空線路極易接閃；通信設(shè)備均為微電子設(shè)備，承受雷擊電脈沖相對(duì)較低；原有防雷裝置損壞嚴(yán)重。上述三點(diǎn)原因?qū)е轮芗疑酵ㄐ耪尽R前山微波站、水背尖微波站、梭欲變電站等站點(diǎn)曾多次遭受雷擊，損壞設(shè)備，通信中斷。

2.2 雷電環(huán)境條件及雷電活動(dòng)規(guī)律等基本資料

通信機(jī)房及通信，水力量測(cè)站點(diǎn)位于偏關(guān)，平魯，寧武，神馳，婁煩，古交境內(nèi)，參照《氣象信息雷擊電磁脈沖防護(hù)規(guī)范》QX3-2000附錄F全國(guó)各主要城市雷暴活動(dòng)日數(shù)，當(dāng)?shù)啬昃妆┤諗?shù)35～40（d/a），雷暴日集中在4－9月，屬于多雷區(qū)。

2.3 地理土壤環(huán)境

站點(diǎn)所處位置均為山區(qū)，土壤電阻率較高，土質(zhì)（碎石沙土、沙質(zhì)粘土、沙爍石子）。具體實(shí)測(cè)的接地電阻和土壤情況見(jiàn)表1。

2.4 防雷保護(hù)區(qū)域劃分

通信系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)主要包括主機(jī)房，電源室，通信鐵塔。

1）電源線路均為架空線引入后，轉(zhuǎn)電纜埋地敷設(shè)，處于 LPZ1區(qū)，不易遭受直接雷擊，但易將架空線路在遠(yuǎn)處的雷電波引入站內(nèi)。

2）電話，饋線，光纜等信息線路為長(zhǎng)距離架空傳輸，直接引入站內(nèi)，處于LPZ0A區(qū)。易遭受直接雷擊。

3）各種通信設(shè)備，電源設(shè)備，水力量測(cè)設(shè)備均位于室內(nèi)，處于LPZ1區(qū)或LPZ2區(qū)。不易遭直接雷擊，但易遭雷擊電脈沖的危害。

4）鐵塔，站房均處于LPZ0區(qū)，易遭受直接雷擊，屬可承受范圍。

2.5 存在問(wèn)題

1）部分站房的直接雷防護(hù)裝置－避雷帶，引下線存在銹蝕、倒伏、斷裂情況。水背尖微波站、廟前山微波站、梭峪變電站房、汾河水庫(kù)微波站、井子巖微波站、壩子山微波站、紅梁山通信站共7個(gè)站的避雷帶嚴(yán)重?fù)p壞或無(wú)避雷帶，需重新安裝。

2）9﹟檢修閥、沙峁溝、西坪溝水力量測(cè)站、周家山、策馬山、十八盤通信站、井子巖、水泉溝、利民堡、水背尖、巖頭寺、壩子山微波站、梭峪變電站地網(wǎng)的接地阻值共 13個(gè)站點(diǎn)的接地電阻大于4?，超出規(guī)范要求。需進(jìn)行地網(wǎng)改造。

表1

3）電源系統(tǒng)上安裝電源涌浪保護(hù)器（電源SPD）是隨設(shè)備順序裝設(shè)的，存在級(jí)間能量不配合的情況，達(dá)不到逐級(jí)泄放雷電流的要求。部分參數(shù)選擇偏高，不能與設(shè)備配合使用，達(dá)不到有效保護(hù)設(shè)備的目的。

4）電話、饋線等信號(hào)線路大多為架空引入，且架設(shè)較混亂，承重索未接地，未加裝信號(hào)涌浪器（信號(hào)SPD）。光纜加強(qiáng)芯未做接地處理，

5）機(jī)房?jī)?nèi)的設(shè)備、設(shè)施等電位連接措施不完善，無(wú)均壓環(huán)和靜電膜。

根據(jù) GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)程》，通信機(jī)房及通信水力量測(cè)的設(shè)備為重要電子設(shè)備，確定為二類防雷保護(hù)對(duì)象，雷電防護(hù)等級(jí)為A級(jí)。

3 防雷設(shè)施的改造及效果

2011年8月，引黃總公司對(duì)泵站通信機(jī)房及通信、水力量測(cè)站點(diǎn)防雷設(shè)備從以下幾個(gè)方面進(jìn)行了改造：

3.1 安裝和修復(fù)避雷帶（見(jiàn)圖1）

在水背尖微波站等七個(gè)站的房頂沿女兒墻或房檐安裝避雷帶，主材為 φ10熱鍍鋅圓鋼，每隔 1m用支持卡子固定。平均每隔不大于18m設(shè)一條引下線，上端與避雷帶連接，下端與接地體連接。其它站點(diǎn)修復(fù)斷裂、倒伏的避雷帶，做防腐處理。

3.2 地網(wǎng)改造（見(jiàn)圖2）

1）垂直接地極規(guī)格為L(zhǎng)5×50mm熱鍍鋅角鋼，長(zhǎng)度為1500mm，間距為5m。

2）水平接地體采用40×4mm熱鍍鋅扁鋼，距建筑物不小于3m的地方埋設(shè)。

3）優(yōu)化接地體要求埋深不小于1m，間距5m。優(yōu)化接地體可單獨(dú)使用，也可以與角鋼接地極配合使用，加入一定量的降阻劑以增加接地效果。

4）接地體在施工時(shí)，扁鋼與角鋼焊接采用三面施焊；扁鋼與扁鋼焊接采用三邊施焊，焊接長(zhǎng)度大于100mm；圓鋼雙面焊長(zhǎng)度不少于直徑六倍。焊接點(diǎn)均作防腐處理，涂瀝青油或油漆。

5）采用40×4熱鍍鋅扁鋼將鐵塔、避雷網(wǎng)、建筑物基礎(chǔ)接地連接成一個(gè)整體，即共用接地系統(tǒng)。

6）由于接地裝置的安裝施工多處于山地，考慮到施工難度，水平接地體埋深不小于500mm，垂直接地極頂端埋設(shè)不小于500mm。

7）接地體安裝完成后，逐層回填素土夯實(shí)，在接地體周圍不得填入磚石，焦渣之類的雜物，與此同時(shí)進(jìn)行檢測(cè)，要求其接地電阻不大于4?，不合標(biāo)準(zhǔn)的，采取增加接地體、換土或增加降阻劑等措施，直至達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)為止。

圖1 避雷帶安裝和修復(fù)示意圖

8）接地體圍繞建筑物設(shè)成環(huán)型，主接地極設(shè)置在鐵塔周圍，具體的埋設(shè)位置根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

圖2 地網(wǎng)改造示意圖

3.3 電源線路防雷（見(jiàn)圖3）

1）電源防雷設(shè)三級(jí)保護(hù)

第一級(jí)電源SPD裝設(shè)在總配電處；第二級(jí)電源SPD裝設(shè)在分配電處，第三級(jí)電源SPD裝設(shè)在被保護(hù)設(shè)備前端。為太陽(yáng)能供電線路增加專用SPD。第一級(jí)和第二級(jí)間距不小于10m， 第二級(jí)和第三級(jí)間距不小于5m。

2）電源線路屏蔽（見(jiàn)圖4）

將電源線路的金屬線槽、線管、電纜金屬屏蔽層、鎧裝層兩端就近做等電位連接。架空信號(hào)線路入戶前埋地長(zhǎng)度不小于15m，穿熱鍍鋅鋼管。

3.4 信號(hào)線路防雷（見(jiàn)圖4）

將信號(hào)線路的金屬線槽、線管、電纜金屬屏蔽層做等電位處理。架空信號(hào)線路入戶前埋地長(zhǎng)度不小于15m。在通信機(jī)房總配線架出為電話線路加裝電話SPD。在饋線的入戶端加裝饋線SPD。

圖3 線路防雷改造示意圖

圖4 電源及信號(hào)線路防雷改造示意圖

3.5 等電位防雷（見(jiàn)圖5）

在各機(jī)房?jī)?nèi)的機(jī)柜、機(jī)架、電源保護(hù)地、金屬管件、金屬線槽、橋架、線纜屏蔽層、光纜金屬加強(qiáng)芯、金屬門窗、靜電接地全部做等電位連接。

3.6 涌浪保護(hù)器（SPD）的選型

為保證有效防止雷擊電磁脈沖侵入，浪涌保護(hù)器（SPD）的正確選擇，將直接關(guān)系到通信機(jī)房及通信、水力量測(cè)站點(diǎn)的防雷質(zhì)量。如果選擇不當(dāng)，不但難以起到防雷作用，甚至?xí)绊懴到y(tǒng)的正常運(yùn)行。因此，SPD的選型至關(guān)重要。

依據(jù)規(guī)范第二類防雷建筑物防雷措施的內(nèi)容，電源SPD選用并聯(lián)型SPD，采用三級(jí)防護(hù)，選型如下。

圖5 等電位改造示意圖

第一級(jí)電源SPD參數(shù)：?jiǎn)蜗囝~定電壓為255V，最大通流為100kA。

第二級(jí)電源SPD參數(shù)：額定電壓為385V，標(biāo)稱放電電流為15kA。

第三級(jí)電源SPD參數(shù)：?jiǎn)蜗囝~定電壓為255V，標(biāo)稱放電電流為5kA。

電話線路標(biāo)稱電壓 110V，選用電信系統(tǒng)專用SPD。

饋線選用最大放電電流30kA，2.5GHZ的專用SPD。所有的SPD選用具有國(guó)家認(rèn)可的專業(yè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)出具的檢驗(yàn)合格報(bào)告的產(chǎn)品，電源SPD和饋線信號(hào) SPD選用進(jìn)口產(chǎn)品，電話 SPD選用國(guó)產(chǎn)高質(zhì)量產(chǎn)品，確保防雷的質(zhì)量。

2011年 10月，防雷設(shè)施改造工程全部完成并投入使用。使用一年多以來(lái)，各站點(diǎn)防雷設(shè)備、設(shè)施運(yùn)行穩(wěn)定，現(xiàn)場(chǎng)建筑物及設(shè)備未發(fā)生雷擊損害，項(xiàng)目實(shí)施效果良好，達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。

4 結(jié)論

引黃總公司采用現(xiàn)代防雷理念，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，對(duì)通信系統(tǒng)防雷設(shè)施進(jìn)行了系統(tǒng)性的改造。通過(guò)改造，有效地提高了設(shè)備防雷水平，保證了通信的暢通無(wú)阻，為供水自動(dòng)化奠定了堅(jiān)實(shí)可靠的基礎(chǔ)。