油田站場室外攝像機網絡信號浪涌保護器設置探討

王艷 白慶東 張曉輝

1大慶油田設計院有限公司

2中國石油冀東油田公司工程造價中心

隨著電子科學技術的進步，視頻監控系統發展迅速，從80 年代、90 年代（1984—1996 年）的模擬視頻系統到90 年代中期至90 年代末的半數字系統（基于電腦插卡式的視頻監控系統），再到如今的全數字IP 網絡系統[1-4]。半數字系統的前端是模擬攝像機，后端是數字硬盤錄像機，中間的視頻信號傳輸以同軸電纜為主；全數字IP 網絡系統的前端是網絡攝像機，后端是網絡硬盤錄像機，中間的信號傳輸采用八芯雙絞線或光纜。隨著系統制式的升級，視頻監控系統的工程設計規范也進行了相應修訂，但室外監控前端信號采用光纖傳輸時前端網絡信號浪涌保護器（SPD）的設置沒有明確說明，導致同一站場設計條件下網絡信號浪涌保護器設置安裝不同，設計標準不一致。為此，根據GB 50343—2012《建筑物電子信息系統浪涌保護技術規范》中的浪涌保護區劃分及浪涌保護器設置原則，探討油田站場室外監控前端信號采用不同介質傳輸時前端網絡信號浪涌保護器安裝的必要性。

1 存在的問題

GB 50343—2012《建筑物電子信息系統浪涌保護技術規范》 第5.5.3 條第1 款規定，戶外攝像機的輸出視頻接口應設置視頻信號線路浪涌保護器，攝像機控制信號線接口處（如RS485、RS424 等）應設置信號線路浪涌保護器，解碼箱處供電線路應設置電源線路浪涌保護器[5]。GB/T 50115—2019《工業電視系統工程設計標準》第10.0.11 條第2 款規定，置于室外的攝像機應分別在控制、電源、視頻線兩端設置適配的浪涌保護器[6]。

從以上標準規范的條款內容來看，相應的標準規范還是基于模擬攝像機的規定，沒有針對網絡攝像機的浪涌保護接地做專門規定，以致于工程設計時，有些在接線箱內傳輸設備（網絡交換機）與攝像機之間設計安裝了網絡信號浪涌保護器，有些卻沒有設計安裝，導致設計標準混亂，而且在非必要時安裝增加了工程投資。

2 相關標準規范解讀

在查閱相關標準規范[5-10]后，確定采用GB 50343—2012《建筑物電子信息系統浪涌保護技術規范》中的相關條款對浪涌保護器的設置進行討論。

該標準第5.4.4 條第2 款規定，電子信息系統信號線路浪涌保護器宜設置在雷電防護區（LPZ）界面處[5]（圖1）。

圖1 信號線路浪涌保護器的設置位置Fig.1 Setting location of SPD for signal line

該標準第5.3.3 條第3 款規定，當相鄰建筑物的電子信息系統之間采用電纜互聯時，宜采用屏蔽電纜，非屏蔽電纜應敷設在金屬電纜管道內；屏蔽電纜層兩端或金屬管道兩端應分別連接到獨立建筑物各自的等電位連接帶上；采用屏蔽電纜互聯時，電纜屏蔽層應能承載可預見的雷電流[5]。

圖2a 表示2 個雷電保護區（LPZ1）用電力線或信號線連接。應特別注意，2個LPZ1區分別代表有獨立接地系統的相距數十米或數百米的建筑物的情況，在這種情況下大部分雷電流會沿著連接線流動，在進入每個LPZ1 區時需要安裝浪涌保護器。圖2b 表示該問題可以利用屏蔽電纜或屏蔽電纜管道連接2 個LPZ1 區來解決，前提是屏蔽層可以攜帶部分雷電流，若沿屏蔽層的電壓降不太大，可以免裝浪涌保護器。圖2中i1、i2為部分雷電流。

3 網絡信號浪涌保護器

在油田向數字化、智能化發展進程中，視頻監控系統的應用無處不在，為了保障系統穩定運行，不受諸如雷電等自然現象的危害，在系統中須安裝信號浪涌保護器。由網絡信號浪涌保護器接線圖（圖3）可知，浪涌保護器有輸入端口和輸出端口，被保護設備接在浪涌保護器的輸出端口。當網絡信號浪涌保護器輸入端線路有浪涌侵入時，浪涌保護器起到防浪涌作用；當輸出端線路有浪涌侵入時，浪涌保護器起不到保護后面設備的作用。

圖3 網絡信號浪涌保護器接線示意圖Fig.3 Connecting diagram of network signal SPD

4 現場條件分析

油田站場室外監控桿上安裝有避雷針，攝像機與接線箱之間的線纜均在監控桿（或鋼管）和金屬撓管內敷設，攝像機護罩、監控桿、接線箱均接地，如圖4所示。

由圖4可知，攝像機、接線箱及其之間的線纜均在監控桿上避雷針的有效保護范圍之內，屬于LPZ0B區；另外，攝像機在金屬護罩內，傳輸設備在室外防水接線箱（金屬接線箱）內，連接的數據線在監控桿和金屬撓管內敷設，根據GB 50343—2012《建筑物電子信息系統浪涌保護技術規范》5.3.3條第3款及條文說明，可以把攝像機、接線箱以及它們之間的金屬管道視為1個LPZ1區，整個區域的設備受到的電磁感應強度是相同的，如圖5所示，圖中H0>H1。

圖4 監控桿上設備安裝示意圖Fig.4 Schematic diagram of device installation on the monitoring pole

圖5 浪涌保護區劃分及電磁感應分布Fig.5 Surge protection zone division and distribution of electromagnetic induction

根據以上分析，當前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用雙絞線時，雙絞線經過不同的浪涌保護區，由于不同浪涌保護區內電磁場強度不同，雙絞線上有過電壓（電流），此時監控前端接線箱內應設置網絡信號浪涌保護器，浪涌保護器的輸入端接外部引入的雙絞線，起到防浪涌作用，保護攝像機和接線箱內的傳輸設備，傳輸設備與攝像機之間不設浪涌保護器，如圖6所示。

圖6 信號傳輸采用雙絞線時前端設備連接示意圖Fig.6 Schematic diagram of the front device connection as the signal transmission using the twisted-pair wire

當前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用光纜時，光纖不傳導雷電感應電流，而通信設備都在同一浪涌保護區內，所受的電磁輻射是相同的，線纜上沒有過電壓，而且網絡信號浪涌保護器是有方向性的，此時接線箱內的傳輸設備與攝像機之間若安裝網絡信號浪涌保護器，起不到防護作用，所以不需要安裝網絡信號浪涌保護器，只需將光纜金屬構件接入接地系統，如圖7所示。

圖7 信號傳輸采用光纜時前端設備連接示意圖Fig.7 Schematic diagram of the front device connection as the signal transmission using the optical cable

5 結論

（1）當站場監控系統前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用雙絞線時，監控前端接線箱內應設置網絡信號浪涌保護器，保護后面的傳輸設備和網絡攝像機，傳輸設備與攝像機之間不設浪涌保護器。

（2）當前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用光纜時，不需要安裝網絡信號浪涌保護器，只需將光纜金屬構件接入接地系統。

（3）盡管視頻監控已進入全數字IP 網絡時代，但有關浪涌保護技術規范還停留在半數字化時期，不能滿足現今油田數字化建設設計需要，應加快規范修訂工作，補充油田站場室外監控前端信號采用不同介質傳輸時前端網絡信號浪涌保護器安裝說明，以供油田設計人員參考。