防雷技術(shù)在宿鴨湖水庫防汛與通訊設(shè)備上的應(yīng)用研究

董長興

【摘要】水庫一般位于山區(qū)，偏遠地區(qū)，多是雷電高發(fā)區(qū)，因此，做好水庫防汛通訊設(shè)施的防雷，對保障水庫防汛信息暢通十分重要。通過對河南省宿鴨湖水庫的防汛與通訊設(shè)施防雷應(yīng)用，提出了水庫防雷形式和措施，對其他水庫防雷具有一定的參考價值。

【關(guān)鍵詞】水庫；防汛與通訊；防雷

1、工程概況

宿鴨湖水庫位于河南省駐馬店市驛城區(qū)東24km處，屬淮河流域大洪河支流汝河干流控制工程，控制流域面積4498km2，占汝河全流域面積7376km2的61%。水庫下游主要排洪河道為汝河，河道安全泄量1800m3/s。水庫以下地形自西北向東南傾斜，地面坡度約為1/8000。

水庫于1958年8月建成，經(jīng)六次除險加固，現(xiàn)工程標準為100年一遇洪水設(shè)計，1000年一遇洪水校核。設(shè)計水位57.39m，相應(yīng)庫容12.61億m3，校核水位58.80m，總庫容16.38億m3。是一座以防洪為主的多項目綜合利用的大一型水利工程，是淮河流域錯峰調(diào)度的重點。

水庫工程包括大壩、泄洪閘、灌溉渠首閘、水電站等幾部分。

水庫的防洪保護范圍為汝河兩岸、洪汝河區(qū)間及大洪河三岔口以下。保護范圍內(nèi)交通干線主要有：106國道新蔡至潢川段、開～龔公路汝南段、駐馬店至周口、駐馬店至新蔡的省級公路等。

隨著信息化建設(shè)的迅猛發(fā)展，宿鴨湖水庫防汛、通訊機房現(xiàn)有通訊設(shè)備、電源設(shè)備包括數(shù)字程控交換機系統(tǒng)、400MHz無線集群通信系統(tǒng)、計算機局域網(wǎng)、工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、淮河干流數(shù)字微波通信系統(tǒng)、防洪調(diào)度系統(tǒng)等。

2、雷電主要的危害形式

雷電對防汛、通訊設(shè)備損壞的主要形式是直擊雷和感應(yīng)雷。當帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現(xiàn)象，叫做“直擊雷”。直擊雷通常發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成傷害，雖然直擊雷發(fā)生的機率較低，而且直擊雷發(fā)生時一次只能襲擊一個小范圍的目標，但是由于放電現(xiàn)象發(fā)生過程迅猛，被直接擊中的目標會由于放電電流過大 ，造成的損壞程度較大。直擊雷主要對鐵塔等室外物體產(chǎn)生破壞作用，通常對直擊雷使用外部防護設(shè)備如避雷針等進行防護。

第二種是感應(yīng)雷，雷電在雷云之間或雷云對地放電時，在附近的戶外傳輸信號線路、電力線、設(shè)備間連接線產(chǎn)生電磁感應(yīng)并侵入設(shè)備，是在線路中間或終端的電子設(shè)備遭到損害的放電現(xiàn)象，叫做“感應(yīng)雷”。感應(yīng)雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應(yīng)雷不論雷云對地閃擊還是雷云對雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災害。

3、歷史雷擊情況

宿鴨湖水庫系大型平原水庫，防汛、通訊機房位于大壩下游側(cè)，地面高程與壩頂相同，機房在三樓，四周空曠，雷擊事件頻繁發(fā)生。2000年、2010年、2014年都有雷擊發(fā)生，特別是2000年7月13日，水庫遭遇雷暴天氣，水庫水文遙測、程控交換機、水庫洪水預報調(diào)度等系統(tǒng)多塊主板瞬間被擊穿，防汛、通訊系統(tǒng)全部癱瘓。

4、通訊設(shè)備的防雷措施

避免雷擊有四種方法：疏導、隔離、等位、消散。根據(jù)不同的避雷途徑，具體到宿鴨湖水庫防汛、通訊工程的防雷設(shè)計來說，其主要的防雷措施有以下幾種方法。

4.1 是在通訊鐵塔安裝先進避雷針進行外部防雷 距水庫機房10m處建有55m通信塔一座，在鐵塔頂端安裝有避雷針，各設(shè)備天線尖端與避雷針不小于5m，以防止由于避雷針的存在而損壞天線的輻射圖形影響通訊效果。為確保避雷效果，采取安裝放射性避雷裝置。放射性避雷裝置安裝有大氣電力電容器，90%情況下，雷云下層聚集負電荷，大地感應(yīng)產(chǎn)生正電荷。當雷云電荷聚集到一定程度，雷云對大地可視為一個場強極大的平板電容，大地正電荷通過避雷針桿到達針尖，避雷針外殼與針桿之間以絕緣材料及兩組瞬間放電裝置隔離，外殼感應(yīng)電容器中的電位，其值遠低于針尖地位，造成強烈的電位差。

4.2 是在完善建筑物防直擊雷設(shè)施的同時，可以著重考慮設(shè)備的防感應(yīng)雷設(shè)施。在安裝通訊天線時，天線支撐桿與鐵塔可靠連接，鏈接電阻等于零。引線從鐵塔內(nèi)部垂下，并每隔一段距離用銅絲與鐵塔固定。

4.3 是安裝避雷器實現(xiàn)分級防雷。在通訊塔上安裝避雷針雖然經(jīng)濟簡單，但卻難做萬無一失。安裝避雷器實現(xiàn)分級防雷是防感應(yīng)雷的重要手段，防雷器的殘壓是保護防汛、通訊設(shè)備的最重要參數(shù)，一般來講，泄流能力強的防雷器，響應(yīng)時間長，殘壓高。世界上沒有任何一種防雷器能滿足所有混合雷電沖擊波、殘壓以及響應(yīng)時間指標要求，所以應(yīng)根據(jù)電源設(shè)備的絕緣等級劃分防雷層次，實現(xiàn)多級防護，對雷電能量逐級減弱，使各級防雷器殘壓相互配合，最終使過電壓值限制在設(shè)備絕緣強度之內(nèi)。另外多級防護對于某一組級防雷器失效、防雷器的殘壓不配合設(shè)備絕緣強度等也是必需的。根據(jù)通訊站內(nèi)主要電源配套設(shè)備的耐雷電沖擊指標和防雷器殘壓要求，采取分級協(xié)調(diào)的防護措施，進行電源設(shè)備的防雷系統(tǒng)設(shè)置。首先在水庫專用10kv供電線路上，每隔5基電桿安裝避雷器1組，當?shù)蛪汗╇娋€路直接進入進入通訊機房時，首先進行B級過電壓保護。在引入點設(shè)置B級過壓保護，B級與C級電源避雷器之間的供電線路有15m以上的距離，以確保B級避雷器的正常響應(yīng)。避免C級防雷響應(yīng)超前于B級防雷器。交流穩(wěn)壓器安裝在B級防雷器的后面，C級防雷器的前面。進入機房后，在機房內(nèi)配電箱的輸出端加裝相應(yīng)的C級電源避雷器。

4.4 是機房部分的防雷裝置。機房部分的防雷裝置及其安裝工藝、材料規(guī)格的選擇等也是防雷措施的關(guān)鍵一環(huán)。設(shè)備安裝前，在防靜電地板下用銅帶制作安裝了接地網(wǎng)，設(shè)備安裝過程中，確保饋線的金屬外護層、PE線、數(shù)字通訊設(shè)備的機架、模擬通訊設(shè)備的機架、整流供電設(shè)備的機架、內(nèi)走線架、金屬門窗、空調(diào)機正常不帶電的金屬外殼等金屬體作了等電位連接，接地電阻值符合要求。

防雷是一項系統(tǒng)工程，需要多方面的預防，才能構(gòu)建起完整的防護體系。由于雷擊現(xiàn)象隨時都可能發(fā)生，隨時都會對通訊機房和設(shè)備造成損壞，因此在通訊機房的防雷要遵守層層防護，分層防護，全面考慮。建設(shè)好防雷系統(tǒng)對保障防汛、通訊機房和設(shè)備的安全是非常重要，是保證通訊暢通的關(guān)鍵。宿鴨湖水庫防汛、通訊防雷系統(tǒng)建成幾年來，防雷效果十分顯著，確保了水庫安全運行。