水利水電工程中的防雷接地系統問題研究

張雷珍

(上海友為工程設計有限公司，上海 200093)

防雷接地主要是通過接地網把雷擊產生的電流引入地面，進而保障雷雨季節時建筑物的穩定性與安全性[1]。水利水電工程由于其工程位置的特殊性，一般都位于較為空曠的區域內，這也導致了工程的基礎建構筑物及其電氣設備等，相比于其他工程更容易受到雷擊危害。自然雷電往往蘊藏著巨大的電流能量，如果對其沒有進行充分的重視，有可能產生較大的危害[2]。所以，要使工程在雷雨期間得以安全的工作，抓好防雷接地的工作就變得尤為重要。

1 防雷接地系統的重要性以及發揮作用的方式

防雷接地系統和人身生命安全有著密切的聯系，在發生雷擊事故的時候，所產生的雷電流是巨大的，雷電的巨大雷電流會沿著設備線路的走向燒毀設備，從而對一些建筑物和設備產生破壞力極強的損壞[3]，會對工程整套設備和電氣系統造成嚴重的威脅。但是在施工單位施工的過程中，由于有關專業人員往往對防雷接地系統的重要性認識不到位，認為防雷接地系統的技術性弱、工藝簡單、防護范圍有限，因此他們對于施工過程中出現的不規范施工情況以及施工紕漏都表現的不夠重視，這就很容易導致工程出現雷擊事故和人為的用電事故。一般情況下雷電的損害形式包括了直擊雷、感應雷以及雷電侵入波3種。在工程的設計階段，電氣設計人員會根據規范要求設置多種防雷接地的裝置，組成防雷接地系統，通過“泄”和“抗”的方式防止雷電傷害。一方面，通過正確的使用防雷設施，可以讓雷電的大部分電能流向地面，讓能量泄掉，另一方面，工程中各種電氣設備都具有一定的絕緣性，亦或者是采取其他補救的措施，讓設備抵抗雷電的能力提升。如果將“泄”和“抗”進行恰當的結合，就可以根據工程的具體情況，對工程設備進行有效的保護，有效的減少或者避免雷擊危害，讓工程能夠更加安全可靠的運行。

2 防雷接地系統施工容易出現的問題

由于施工單位對工程防雷接地系統的施工重視程度不足，導致在實際施工過程中經常出現一些問題，例如接閃帶變形，沒有預留引下線的外接線，接閃網網格尺寸不符合工程規定；連接引下線、接閃帶以及均壓環的長度不符合工程規定，焊接質量不滿足設計要求；接地體的埋地深度不夠，引出線未按規定做好防腐處理；工程表面的金屬構件沒有可靠的焊接在接地裝置上；螺栓連接處的連接片未經過加工處理或者加工處理不到位；設備接地線安裝不合理，存在相互串聯的情況。以下對防雷接地系統實施過程中經常出現的問題進行分析介紹。

2.1 接地線的問題

防雷接地施工時需要將接地裝置以及電氣設備等通過接地線進行可靠的焊接連通，并結合實際工程情況，確保接地裝置的合理埋設深度，這樣才能起到足夠的防雷接地效果。然而從防雷接地的實際施工狀況上來看，一些接地體防雷設備的埋設深度并沒有達到設計要求，和地面之間的距離小于0.5m，同時接地線在穿過墻體的時候并沒有按照要求安裝好保護管，這就使得接地裝置運行的安全性受到了很大的影響，容易讓防雷接地裝置的接地效果下降。

2.2 等電位聯結措施不到位

防雷接地系統需要根據整個工程的施工情況進行合理的設置，特別是對于螺栓連接的位置以及水利水電工程表面突出的金屬構造物，也必須與防雷接地裝置進行可靠連接，實現等電位聯結。從目前工程防雷接地施工的實際情況上來看，一些工程的等電位聯結措施做的并不到位，尤其是對于螺栓連接的位置，經常出現緊固度不滿足要求或者沒有經過處理就進行連接的問題，這就會讓長期暴露在惡劣環境下的螺栓連接位置產生銹蝕，從而對整個防雷基地系統運行的有效性造成了極大的影響。除此以外，工程表面的一些突出的金屬構件并沒有和防雷設備有效的連接，導致整個工程受到雷害的危險性提升[4]。

2.3 電涌保護器選取不當

配電系統的每一個配電箱柜內都需要合理的設置電涌保護器，分級設置SPD來確保人身安全及用電設備安全是內部防雷設計中一個重要的部分[5]。設計單位在對施工圖紙進行設計時，對于各電氣設備均根據其所處的防雷區合理的配置了電涌保護器，并且對其試驗類別、標稱放電電流、電壓保護水平等都做了限制。但是，施工單位以及設備廠家對此往往都不夠重視，因此經常出現電涌保護器的選型不當，或者漏裝電涌保護器的情況，這也導致了相應的電氣設備因受到雷擊而損壞的事故。

2.4 防雷接地施工檢查工作的不到位

在整個防雷接地系統完成施工后，還需要對整個系統的施工情況進行檢查，只有在施工合格了才能進行隱蔽，具體檢查的內容包括了是否存在裸露在外的電纜線路、金屬管件是否出現了銹蝕的情況、是否有線路的連接位置并沒有進行過防銹處理等。但是在實際驗收的過程中，常常出現著為了加速工程推進速度而加速檢查驗收進度的情況，由于隱蔽前需要檢查的內容非常多，容易導致防雷接地系統的細節難以得到有效的控制，這就給整個工程帶來了隱患，使得工程防雷接地的施工質量水平受到了極大的影響。

3 提高水利工程防雷接地系統施工質量措施

3.1 做好防雷接地系統施工前的預控工作

在防雷接地系統施工之前施工單位就應該做好預控工作，同時作為施工技術人員必須能夠熟悉水利水電工程設計的技術圖紙、電氣施工圖設計總說明等，并對其中的系統供電方式以及防雷接地系統進行明確。第一步是要熟悉圖紙，不但需要熟悉各種電氣原理圖，還要對其中的電氣設備以及設備分布情況進行作用分析，了解設計者的意圖。其次，還要進行圖紙會審的工作，發現設計當中存在的問題，如果涉及圖紙中存在的問題應該及時和設計單位進行聯系，避免出現施工錯誤。

水利信息化建設更多考慮系統通信、網絡、應用軟件集成等建設內容及其技術指標，忽視了系統設備長期、安全、穩定運行的基礎，即防雷接地系統，從而導致信息化設備運行期間屢遭雷電侵襲，導致設備損壞、信息中斷等重大損失[6]。因此，對于有著特殊設備的工程系統，則需要明確設計圖紙中的說明，在進行施工之前先進行交底工作，例如對弱電系統中智能化工程、信息通訊系統、計算機監控系統等，一般這些都是在設計圖紙當中很容易出現疏忽或者沒有做具體說明的內容，所以需要嚴格按照施工規范的要求做好防雷接地設施的預埋工作。如果施工隊伍水平有限，項目管理人員除了做好交底工作之外，還需要加強對施工過程中的檢查，并且總結容易出現問題的施工環節，讓施工單位注意執行。

對于大型設備的接地問題，需要密切留意強制性標準和工程驗收規范，并檢查設計圖紙中是否存在設計漏洞，如果發現圖紙和規范內容不符，所選用的材料和標準存在一定的區別，就應該及時得向建設單位反應，并做好與設計單位之間的對接，以保障設備使用的安全性。

3.2 加強對關鍵環節和過程的質量控制

施工過程當中容易發生質量通病的過程應該設置控制點，并對其采取相應的事中控制措施，在施工關鍵部位環節的同時做好旁站檢測，做好事中控制工作，通過動態化的監督確保防雷接地系統的安全。

對于地基接地的焊接工作，這也是整個工程接地系統的重要基礎。對于基礎圈梁或者樁基鋼筋的焊接、以及基礎鋼筋和柱筋的焊接都需要逐一檢查，確保基礎鋼筋跨接聯通。在接地網焊接完成之后要進行電阻測試，如果電阻不滿足設計要求就需要對焊接質量再次檢查，或者補做接地設施。

以柱筋為引上線的接地網，施工人員需要按照軸線標記出柱的位置和鋼筋焊接的數量，避免出現漏焊以及錯焊的情況，同時焊接長度也必須滿足設計規范要求。對引上點和跨鋼筋焊接的部位必須做好工藝審核，引上線連接部位必須加以標記，防止誤焊造成連接斷裂。對于結構轉換層需要加強檢查，因為這個位置經常出現錯焊和漏焊的情況。

4 案例分析

4.1 工程概述

上海某排澇泵閘，采用了10kV潛水軸流水泵4臺，單臺水泵用電負荷為AC10kV，50Hz，每臺容量為310kW；閘門液壓站一套，共有2臺液壓泵，一用一備，液壓泵用電負荷為AC380/220V，50Hz，每臺容量為37kW。該項目在建設完成后曾經歷了一場雷擊事件，造成許多設備受損。

4.2 設備遭受雷擊事故的問題分析

雷擊事故發生后，工程設計人員和管理人員迅速地對泵閘內的所有電力裝置和發生雷擊的具體地點一一檢查，并發現4處設備損壞：低壓進線開關柜(AN2)內電涌保護器前端的A相熔斷器嚴重受損；直流柜內的兩只充電模塊及相應的儀表損壞；啟閉機液壓控制柜的部分儀表損壞；外河側的靠近管理房側的水位計損壞。

4.2.1低壓進線開關柜(AN2)內電涌保護器前端的A相熔斷器損壞

低壓進線開關柜(AN2)內電涌保護器前端的A相熔斷器是因為電磁感應產生的感應過電壓，該瞬時過電壓恰好與A相峰值重合，使得A相的過電壓大于另外兩相，因此A相熔斷器首先被擊穿并損壞。

4.2.2直流柜內兩只充電模塊及相應的儀表損壞

直流柜內的兩只充電模塊及相應的儀表損壞則是因為雷電侵入波所引起的感應電壓耦合在電子器件上，使元器件發生嚴重損害。而直流柜的電涌保護器沒能產生防護功能并啟動的理由主要有兩種，一是電涌保護器的動作值為1.5kV，而電子元器件可能在1kV甚至更低時已經被感應電壓擊穿，其電涌保護器的選型不對；二是電涌保護器在感應電壓超過動作值1.5kV時還沒有動作，其產品質量有待檢驗。

4.2.3啟閉機液壓控制柜內部分元器件及相應的儀表損壞

啟閉機液壓控制柜內部分元器件及相應地儀表損壞的原因與上述相類似，所不同的是其電涌保護器的動作值為2.0kV。

4.2.4外河側靠近管理房側水位計損壞

外河側靠近管理房側水位計損壞的原因是該設備及支架沒有做好接地措施，而該區域正好遭受到電磁感應雷擊，直接導致設備損壞。

低壓進線開關柜(AN2)內電涌保護器前端的A相熔斷器的損壞屬于正常的情況，也正是因為柜內安裝了電涌保護器及其前端保護器件，避免了柜內其他元器件因雷擊事故而損壞。直流柜內兩只充電模塊及相應的儀表損壞、啟閉機液壓控制柜內部分元器件及相應的儀表損壞說明了施工單位以及設備廠家對防雷接地系統不夠重視，電涌保護器選型不當，導致了相應的電氣設備因受到雷擊而損壞；同時，設計單位也沒有對成套設備廠家提供的資料做好復核工作。外河側靠近管理房側水位計損壞則反映出施工單位對工程防雷接地系統的施工重視程度不足，沒有做好接地措施；同時，施工檢查也不到位，隱蔽工程驗收不夠細致。

5 結語

防雷接地系統的施工問題是多樣化的，工程設計、施工等任何一個環節出現紕漏都有可能導致防雷接地系統的實施出現問題，本文結合水利水電工程的工程實例對工程建設中防雷接地系統施工容易出現的問題加以總結，可為同類工程建設提供參考。本文僅總結歸納了部分防雷接地系統施工過程中的問題和相應的應對措施，面對科學技術飛速發展的今天，在工程建設中應用的精密儀器也原來越多，這極大的提高了防雷接地系統的重要性。因此，對于防雷接地系統問題的研究我們還需要進一步的加強，這要才能保障工程建設中防雷接地系統的施工質量，確保工程設備的及人生安全。