某收費站雷擊事件調查分析

付春陽 劉貴霞 李敏茹

(1.廣東省英德市氣象局，廣東 英德 513000;2.廣東省東莞市氣象局，廣東 東莞 523000)

2010年6月14日16時20分時左右，英德市某收費站遭受雷擊，損壞收費站車道計重收費系統稱重傳感器4塊、疊加器4套、數據采集處理器2個;車道收費計算機1個;費額顯示牌2個和附屬設施一批，導致監控系統和收費系統癱瘓，造成經濟損失達20多萬元，幸無人傷亡。英德市防雷設施檢測所接到災情報告后，立即組成調查組到現場進行災情調查，詳細分析事故起因，并提出了相應的防雷設施整改方案。

1 現場勘察情況

1.1 建筑物地理位置及周邊情況

英德市某收費站經緯度為：E113o28'32.6″，N24o15'14.8″，位于京廣鐵路英德區望埠路段，靠近北江沿岸。四周地勢較為平坦，該收費站為孤立的建筑物，在收費亭西面、北面分別有京廣鐵路高壓線路和10kv供電線路等電力線路架空敷設。

1.2 現場建(構)筑物及防直擊雷措施

宿舍樓和收費亭，天面均裝設有由避雷帶、避雷網格及避雷短針混合組成的接閃器;宿舍樓天面安裝1根高3m的旗桿，經檢測接地良好;收費亭天面有5個獨立的廣告牌(字)，兩側各安裝2根高1.20m避雷小針(共4根)，其規格為φ12mm普鋼，并利用鄰近兩根柱筋作為防雷引下線，接地措施良好。以上防直擊雷措施均符合相關規范要求。

1.3 防雷電波侵入及接地措施

1.3.1 總配電房處

總配電房位于宿舍樓背后，低壓供電線路從變壓器架空引入總配電柜(其電力系統為TN系統)，在總配電柜低壓側安裝有1套標稱通流容量為60kA的電涌保護器(即電源SPD)，經檢查發現該電源SPD顯示有13次雷擊記錄。

1.3.2 監控室和收費亭

監控室設有防靜電地板，配電箱總開關處安裝1套10kA的電源SPD;UPS前端分電源開關處安裝1套單相10kA的SPD模塊(已亮故障燈);監控云臺、視頻分配器未安裝相應的信號SPD。經檢測監控室內監。

控云臺、金屬門窗、監控主機、UPS等均無等電位連接措施。

收費亭的分電源開關處各安裝有1套單相10kA的SPD模塊，每條網線進入收費亭電腦前安裝有網絡信號SPD(但已拆除并未使用);收費主機、操作臺(金屬)均無等電位連接措施。

在宿舍樓背后設有一簡易的防雷人工接地網。從總配電房引出的電源相線經架空沿宿舍樓墻面引入監控室，在監控室內經UPS再輸出到4個收費亭(單相輸出)，該監控室地線接至防雷地網上;收費亭的地線采用10mm2多股銅線與監控室地線連接，一并與電源線路、信號線路穿PVC管埋地敷設，引至每個收費亭。

1.3.3 車輛計重收費系統

收費站在4個車道上新增加了車輛計重收費系統(見圖1)，其數據采集處理器主控板上安裝有1套單相20kA的電源SPD模塊，信號輸出端安裝有1套10kA的信號SPD模塊，SPD模塊地線接至處理器主板上。設備接地線與收費亭地線相連，經檢測接地電阻R=6.40Ω;彎板傳感器、疊加器、費額顯示牌、攝像槍電源、信號線路上未安裝相應的SPD;信號傳輸線采用無屏蔽層的雙絞線，一并與電源線路和接地線路穿PVC管埋地敷設。

圖1 計重收費系統示意圖

2 雷災原因分析

據工作人員反映，于2010年6月14日16時20分左右，該收費站附近電閃雷鳴頻繁，曾目擊收費亭附近有耀眼的火光，聽到較響的雷聲。當時供電系統停電，啟動發電機供電時發現計重設備、監控、收費系統已不能正常使用。據英德市氣象臺資料顯示：2010年6月14日，受高空槽和切變線共同影響，受災區域出現了暴雨到大暴雨的強降水，并伴有雷暴、大風等強對流天氣。

經過現場勘察分析總結，得出以下結論：由于供電線路采用TN-C系統接地的型式，且架空引入，無專用的保護地線;新增計重收費系統的設備、線路等未做等電位、屏蔽措施，而且沒有安裝相應的電涌保護器進行保護;又從受損的設備分析，發現大多數電氣設備受損情況基本相同，均為電子元件。故認定這次雷擊事故是由于該收費亭附近遭受直接雷擊時，其感應的雷擊電磁脈沖沿電源、視頻信號線路引入，導致該收費站的計重收費系統損壞。

3 相應的防雷設施完善方案

根據以上的勘察及實測情況，經過分析，提出了以下的防雷設施完善方案。

3.1 綜合布線

變壓器低壓電力系統應采用直埋式電纜引入，在總配電房將電纜金屬層與地網就近連接;對于采用非金屬護套的低壓電力電纜時，應改換一段金屬鎧裝電纜或護套電纜，穿金屬道直接埋地引入，其埋地長度應符合但電纜埋地長度不應小于 15m［1]。

低壓電力采用TN系統時，中性線(N)與保護線(PE)除在變壓器處可共用一接地線外，應在總配電柜處應嚴格分開。當電子信息系統設備由TN交流配電系統供電時，配電線路必須采用TN-S系統的接地方式［2]。

電源線路不應與網絡、視頻信號線路同槽敷設，數據線插座與電源插座應保持一定安全距離。沿墻壁布置線路主線時，盡量避免與防雷引下線的柱筋過近，有條件的應遠距離安裝，以減少電磁干擾。

3.2 等電位、屏蔽措施

為減少監控機房內各金屬構件與各系統之間的電位差，在監控機房采用截面積不小于50mm2銅帶安裝局部等電位連接帶，將機房內機柜外殼、金屬門窗、防靜電地板、各種電纜屏蔽層、SPD接地線等均應以最短距離與等電位接地端子連接。同時，還應增加各接地線材料規格，應采用截面積不小于35mm2的絕緣銅芯導線。

為防止強大的雷電電磁脈沖在電源、視頻信號、網絡等線路上感應出瞬態過電壓波，沿線路入侵損壞終端所接地電子儀器和設備，應將所有信號、網絡及低壓電源線路等均采用有金屬護層的電纜直接埋地，其金屬護層兩端分別與監控機房地網和供電地網連接;采用非金屬護套電纜時，應穿金屬管埋地敷設，金屬管兩端就近接地，金屬管全長應保持電氣連接性。當系統要求一端接地時，須采用二次屏蔽處理。

3.3 電源防護措施

總電房低壓配電柜電源進線處已配置了第一級的電源SPD，可以將絕大部分雷電流瀉放入地，但是當較大雷電流進入時，第一級電涌保護器上的殘壓仍足以損壞后接設備，另外由總配電柜到其他分配電箱仍存在感應雷電波的二次入侵的可能，所以應在各分配電箱加裝第二級電源SPD;在每個收費亭電源開關處及監控機房UPS后或設備前安裝相應的電源SPD，作為三級保護;對重要的設備，如監控主機、數據采集處理器等加裝第四級電源SPD。

SPD連接導線應短而直，其長度不宜大于0.5m。當SPD1～SPD2的線距小于10m、SPD2～SPD3線距小于5m、SPD3～SPD4線距小于5m時，應在兩級SPD間加裝退耦裝置，宜選用有劣化顯示功能的SPD。

3.4 信號系統防護措施

在廣場攝像頭、收費亭車道的監控攝像頭、收費亭攝像槍和視頻分割器、機房及財務室攝像槍、機房云臺控制電腦等監控系統信號傳輸線路兩端應安裝相應的視頻信號SPD。

在監控機房網絡交換機至每個收費亭計算機網絡端口、計重系統的彎板傳感器、疊加器、數據采集處理器、費額顯示牌等收費系統信號傳輸線路端口應安裝相應的網絡信號SPD。

3.5 接地措施

新增計重收費系統的接地線與監控機房接地干線相連，一條φ10mm地線主線上接多個需要接地的設備，且接地線過長，接地形式也不符合規范要求;又由于計重收費系統的設備多采用集成電路，其中各類元器件與各種回路相距較近，相互干擾甚多，另外這些設備接地線中，流過各種信號回路的電流彼此也相互干擾，原地網已不能滿足設備接地要求，須考慮采用多點接地的全屏蔽方法。

為了防低頻雜散電流的干擾，保證系統設備正常工作，首先應在收費亭附近增設人工接地網，供計重收費系統、監控系統等設備接地;其次，為了減少電子線路受低頻干擾的影響，將計重收費系統設備至收費亭、收費亭至監控機房的所有視頻信號線、網絡信號線及低壓電源線路均采用有金屬屏蔽層的電纜，再穿金屬管埋地布置，該金屬管兩端須就近接地，其管內的電纜可單點接地或不接地［3]。

4 結束語

綜上所述，英德市某收費站遭受此次雷擊事故，主要原因是未能按照國家防雷技術規范標準及當地的地理環境、建筑物使用性質、設備分布等實際情況制定科學的、切實可行的綜合防雷措施。通過這次雷擊事件分析可知，建筑物防雷除了注重防直擊措施和防感應雷措施外，還應該綜合考慮接地裝置的連接形式、綜合布線、等電位、屏蔽等措施，不能忽視任何雷擊隱患，有效地減少和避免雷擊事故的發生。

［1]中華人民共和國機械工業部.建筑物防雷設計規范GB50057-2010［S].北京：中國計劃出版社，2001：7-8

［2]四川省建設廳.建筑物電子信息系統防雷技術規范GB50343-2004［S].北京：中國建筑工業出版社，2004：14

［3]梅衛群，江燕如.建筑防雷工程與設計(第二版)［J].北京：氣象出版社，2004：341-344