陆水枢纽主坝防雷工程项目可研报告

孔海燕

摘 要：陆管局枢纽工程管理中心（以下简称“管理中心”）是陆水枢纽防汛工程，历年来担负着防汛抗洪的重要使命，其正常运行意义重大。管理中心位于赤壁市陆水湖风景区，为一幢5层高小楼，建设在毗邻陆水湖旁的一小山坡顶部，正前方为陆水湖三峡试验坝，四周没有高层建筑，地势开阔，极易造成雷击，历年来常因雷击造成电脑、电视、电话损坏，严重影响了正常办公及防汛工作，因此急需实施防雷工程。

关键词：防雷、防汛抗洪

1项目建设的必要性与紧迫性

管理中心楼顶安装有一座铁塔，高约6米，楼顶四周未安装避雷带。铁塔焊接有一根钢筋和一根扁钢，分别与大楼两根铸铁排水管顶部焊接，将排水管作为铁塔防直击雷引下线，并且已经全部锈蚀，地面焊点局部断开。另外与铁塔相连的扁钢上缠绕一根铜芯线与配电柜的零线和地线连接。

管理中心总配电柜安装于四层楼梯间，由供电部门引一根三相四线电源作为整个管理中心的供电电源，总配电柜零线与地线为同一线缆。

机房兼监控室位于管理中心1楼，机房有两路电源引入，一路三相电源作为机房内照明、空调、计算机等设备用电，另一路从四楼总配电箱引一根单相电源为机房内的UPS供电，再由UPS给机房内的网络设备、视频监控设备供电。

管理中心引一根光缆通过光纤收发器与机房内路由器连接，作为与外界联系和数据传输的通道。视频监控系统现有两个带云台监控点，分别安装于管理中心楼顶和远处室外石亭内，通过视频线、控制线和电源线与监控室内监控主机连接。

电话系统现有十部电话，由电信局架空敷设线缆至管理中心大楼外接电话分线盒，再由室外分线盒内引电话线至各个办公室。易受感应雷击。

陆管局枢纽工程管理中心有一个直击雷接地网和一个电信机房废弃地网。直击雷接地网由于锈蚀情况严重，接地电阻值测试为无穷大。电信机房废弃地网接地电阻值为13欧姆。管理中心监控室内未装防静电地板，空调外壳、金属门窗等未做等电位接地处理。

水厂建筑库区侧，处在LPZ0A区（无雷电防护区），易受来自水面滚雷侵袭，严重威胁到厂区设备及人员安全。

以上设备目前均无有效防雷措施，在雨季无法保障正常运行，因此急需实施防雷工程。

2建设内容和规模

陆水枢纽主坝防雷工程项目的内容包括：直击雷防护、接地系统改造、监控摄像头雷击防护、等电位连接、感应雷防护、电源避雷器的配置、通讯信号线的防护、室外线缆屏蔽改造，共需资金137733.00元。

3建设条件

3.1铁塔接地引下线不规范造成设备损坏

陆管局枢纽工程管理中心楼顶安装有一通信铁塔，作为管理中心防直击雷防护措施，铁塔是利用大楼的两根排水管作为接地引下线，并且全部锈蚀损坏，未能达到GB50057-94（2000年版）、GB50343-2004《建筑物电子信息系統防雷技术规范》要求，当铁塔遭受雷击时，会将强大的雷电流沿着接地排水管泄入大地，在泄放过程中会在排水管周围产生强大的电磁场，由于排水管与地网相连接处已全部锈蚀损坏，不能及时将雷电流泄放入大地，就使雷电流感应到附近的金属物和金属线缆内，而通过金属线缆直接进入微电子设备，而导致微电子设备损坏（如监控摄像头及电话机等）。

3.2总配电柜接地线与铁塔引下线连接造成设备损坏

陆管局枢纽工程管理中心总配电柜三相四线（零地合一）电源制式，配电柜接地线通过一根铜芯线与铁塔引下线连接，当铁塔遭受雷击时，强大的雷电流会沿着连接配电柜的铜芯线直接进入配电系统的零线和地线，造成配电系统零线与地线上的电位升高，而导致设备损坏。

3.3未进行等电位连接造成设备损坏

陆管局枢纽工程管理中心所有设备在室内都未进行等电位连接，当雷击发生时，机房内的电子设备就会处于不同的地电位水平，电位差就会在设备之间产生电压反击，而导致设备损坏。

3.4监控摄像头损坏

3.4.1陆管局枢纽工程管理中心监控系统信号线缆都是套PVC管沿墙敷设，易遭受感应雷击；

3.4.2监控摄像头信号线缆与铁塔引下线交叉敷设且没有采取屏蔽措施，当铁塔遭受雷击或附近地区遭受雷击时，雷电流所产生的强大电磁场脉冲，将会在信号线缆中感应电流，直接导致监控摄像头损坏；

3.4.3部分摄像头安装在LPZ0A区（无雷电防护区），被直接雷击损坏；

3.4.4原摄像头无直击雷击防护装置、无感应雷击防护装置、无接地装置。

3.4.5接地线线径过细造成设备损坏

陆管局枢纽工程管理中心设备总接地线线径为4平方毫米铜芯线，连接方式多为缠接至设备上，在泄放雷电感应电流时，由于线径过细和接触电阻过大而不能及时的将雷电感应电流泄放到大地，造成雷电感应电流反击，导致设备损坏。

3.4.6防雷器选型及连接线不规范造成设备损坏

陆管局枢纽工程管理中心系统上共安装了二套电源防雷器，一套安装在总配电进线电源上，另一套安装在监控室UPS电源进线电源上，安装在总配电进线电源上的电源防雷器为40KA二级电源防雷箱，与被保护设备的连接线和接地线均采用4平方铜芯线连接，并且连接长度为4米左右，当雷电流大于40KA时，此防雷箱由于承受能力有限根本起不到应有的防护效果，另外由于连接线缆过细和过长，而不能及时的将雷电感应电流泄放到大地，造成雷电感应电流反击，导致设备损坏，且经初步查看分析此防雷箱已被雷击损坏，不能起到保护作用。

根据 GB50343-2004《建筑物电子信息系统防雷技术规范》要求及陆管局枢纽工程管理中心的地理位置，总配电进线电源处电源防雷器应选用通流量在80KA以上的一级电源防雷器，与被保护设备的相线和零线连接线应采用不小于16平方多股铜芯线，地线连接线应采用不小于25平方多股铜芯线。

3.4.7电话线缆架空敷设造成设备损坏

陆管局枢纽工程管理中心的电信分线盒安装于室外墙壁上，所有电话线缆均架空至室内办公室，当有雷击在附近产生时，强大的感应电流会沿着架空电话线缆进入室内，而直接导致电话机损坏，并且很容易造成人员人身伤害。

3.4.8接地系统不良

良好的接地装置是一切通信设备安全运行的基础，无论是电器回路，直击雷电流、感应雷电流的泄放，均要依靠接地装置来完成。

陆水湖坝区系岩石地质，土壤状况复杂，雷电环境恶劣，土壤电阻率大于3000欧姆米。传统的接地装置不能有效泄放雷击电涌电流，使坝区设备及电源、电子设备在运行中存在着重大的安全隐患，造成设备频遭雷击。至今为止，人们对其重要性还认识不足，把接地视为“简单” 的技术，如深入探究接地可知，它是一门十分复杂且系统性较高的技术。

4设计依据和原则

4.1列举设计依据。

本方案主要依据国家有关标准及各行业标准，具体有： 建筑物防雷设计规范 GB50057-94（2000年版）； 建筑物电子信息系统防雷技术规范 GB50343-2004； 电子计算机机房设计规范GB50174-93； 计算站场地安全要求GB9361-88；计算站场地技术文件GB2887-89；计算机信息系统防雷保安器GA173-1998；雷电电磁脉冲的防护IECI312；过电压保护器VDE0675。

4.2说明设计原则

以合理的技术手段，有限的资金，减少雷击的危害。

5设计方案

5.1直击雷防护技术方案

5.1.1陆管局枢纽工程管理中心已经安装有一铁塔，作为直击雷防护措施，由于锈蚀损坏，需重新安装QBT.S6000型<强宝藤森>主动式屏蔽扼流优化避雷针，并对铁塔进行修缮、涂装。安装可靠的引下；

5.1.2在水厂建筑北面（库区侧迎水面），安装QBT.S6000型<强宝藤森>主动式屏蔽扼流优化避雷针，针高5M，并与避雷带做不少于二处连接，防止滚雷侵袭。

5.1.3安装可靠的引下：采用40X4镀锌扁钢或φ8镀锌元钢做避雷针设引下线，接至接地网。

5.2接地系统改造

良好的接地装置是一切设备安全运行的基础，无论是电气回路，直击雷电流、感应雷电流的泄放，均要依靠接地装置来完成。

5.2.1接地总体说明

根据对现场的勘察结果进行分析，综合比较各种接地方式，为了更好的减小雷电干扰，宜采用《新型突波吸收接地系统》。

该《突波吸收接地系统》根据电荷中合放电、传导原理，利用地球导电性和巨大的电容器机能的特性，克服了现有技术之不足，在一套接地系统中采用先吸收、再泄放的技术方案，实现电气接地和电涌冲击接地两种功能，且在各种土壤电阻率的环境中特别是在土壤电阻率较高的环境中均有良好的接地效果，具有地电位低、设计简单、安装方便、检测準确、工作可靠及制作成本低的优点。

突波吸收接地系统与现有接地技术的根本不同之处在于：通过JDM3000型高效接地模块水平敷设与垂直安装的JD6000地电位限制器进行联接，构成完善的接地系统。当发生雷击时，JD6000所发生的电容效应，能迅速实现高频雷电流波头的吸收，JDM型高效接地模块通过电晕闪烁迅速吸收、泄放较大能量的低频雷电流。把地电位反击电压抑制在较低水平。

JDM型高效接地模块、JD6000型地电位限制器是通过高分子电解材料及高分子活性物质与非金属低阻材料的有机结合，并经先进的技术配方以及加工工艺生产制造，能与土壤实现良好的化学反应式溶合，具有对土壤的高吸附性能和保湿性能，易获得较低接地电阻，且始终保持接地系统处于稳定的低阻状态。突波吸收接地系统及JDM、JD3000产品为本公司独创，拥有自主知识产权，且已获国家发明专利。（国家专利：ZL2006 2 0096483.0）

5.2.2接地技术方案

由于陆水湖坝区系岩石地质，土壤电阻率较高。根据GB50057-94（2000年版）建筑物防雷设计规范第3.3.4条 要求，地网改造后，接地电阻<10。

5.2.3陆管局枢纽工程管理中心新办公楼接地网（暂不做）

沿新办公楼周边安装突波吸收联合接地系统，并与建筑物不少于二处连接。设计要求：联合接地系统由JD6000地电位限制器1套、JDM3000型高效接地模块16块及40×4 mm镀锌扁钢构成，并采用JDZF增效防蚀剂进行防蚀降阻处理。防直击雷接地，防雷电感应、电气设备、信息系统等接地分别接入同一共用接地装置，并宜与埋地金属管道相连，直击雷引下线接入JD6000地电位限制器上。

5.2.4陆管局水库工程管理中心老楼接地网

实践证明，传统的接地线，当电涌电流入地时，大地向接地装置提供电荷，由于接地装置与大地的接触界面上存在瓶颈效应（特别是土壤电阻率较高的地区），使地电位提高，造成地电位反击、地电位不稳定、抗干扰能力差等，对电子设备的危害严重。现有接地电阻测量装置所测接地电阻是否能完整地表征接地装置接地能力？将作如下讨论：在大量的试验基础上所给出的答案是，单一的接地装置和接地线，在达到“规定的”接地电阻的情况下，并不能说明接地状态符合要求，如：接地体（线）在接触不良、接地体锈蚀、接地体截面积过小等状况下，“接地电阻”经摇表测试，虽能达到阻值要求，但已失去接地功能。因此，管理中心老楼处于雷击高发区，须对接地系统进行改造，以确保人员及设备安全。

接地网安装位置选择在左边花坛和屋后山地中，此处地面为土壤，容易开挖建设接地网。并与建筑物不少于二处连接，设计要求：联合接地系统由JD6000地电位限制器1套、JDM3000型高效接地模块10块及40×4 mm镀锌扁钢构成，并采用JDZF增效防蚀剂进行防蚀降阻处理。防直击雷接地，防雷电感应、电气设备、信息系统及监控系统等接地分别接入同一共用接地装置，并宜与埋地金属管道相连，避雷针引下线接入JD6000地电位限制器上。

5.2.5水厂接地网

接地网安装位置选择在建筑物北面屋后花坛中，此处为土壤，容易开挖建设接地网。并与建筑物不少于二处连接，设计要求：联合接地系统由JD6000地电位限制器1套、JDM3000型高效接地模块4块及40×4 mm镀锌扁钢构成，并采用JDZF增效防蚀剂进行防蚀降阻处理。防直击雷接地，防雷电感应、电气设备、信息系统及监控系统等接地分别接入同一共用接地装置，并宜与埋地金属管道相连，避雷针引下线接入JD6000地电位限制器上。

5.2.6西北门卫接地网

接地网安装位置选择在建筑物侧面花坛中，此处为土壤，容易开挖建设接地网。并与建筑物不少于二处连接，设计要求：联合接地系统由JD6000地电位限制器1套、JDM3000型高效接地模块6块及40×4 mm镀锌扁钢构成，并采用JDZF增效防蚀剂进行防蚀降阻处理。防直击雷接地，防雷电感应、电气设备、信息系统及监控系统等接地分别接入同一共用接地装置，并宜与埋地金属管道相连，监控系统接地线接入JD6000地电位限制器上。

6施工要求

地网因地势尽量扩大面积；接地网开挖深度约0.8米，接地模块不小间距于5米，接地体周围辅以增效防蚀剂包裹，以增强接地效果，扁钢与扁钢的搭接长度不小于80mm，所有的焊点均做防腐处理；地网引极设测试断卡，引下线自地面1，8M处安装绝缘套管。从各断接卡上引32平方毫米、16平方毫米的多股铜芯线总配电柜和一楼监控遥测室接等电位汇集排，分别作为配电系统接地和监控室防雷接地引上线；接地网安装完毕后，将挖泥土进行回填夯实。

其中JD6000地电位限制器（国家专利：ZL2006 2 0096483.0）是在常规等离子接地极的基础上发展的一种新型高效接地置，具有吸收雷电波头、限制地电位升高及接地电阻低的功效， JD6000包含三大核心技术，安装在电涌接入点，其技术特征如下：接地效率相当于常规等离子接地极的1.5倍；电容效应相当于超高压、大容量电容器；限压能力相当于200KA非线性放电装置，能实现较稳定的基准电位。在土壤电阻率较高区域内具的良好的接地表现，特别适合变电站、通讯、军事及高山台站等土壤电阻率较高环境的接地。现有的接地系统中，在电涌接入点安装JD6000接地效果明显提高。并具有效稳定的基准电位。

7监控摄像头雷击防护

坝区拟安装14个监控摄像头，所处安装点雷击频发、电磁场环境恶劣，原有监控摄像头均被雷电击坏，因此，现安装的监控摄像头必须进行整体、多层次防护，具体措施：

安装接闪器以防止雷击摄像头；安装屏蔽罩，以防止电磁脉冲侵入；信号线、视频线、电源线采用屏蔽线接入，以防止电涌危害；接地线采用16平方毫米的多股铜芯线穿铁管接入地网，以防止反击危害。

8等电位连接

根据《建筑物防雷设计规范》第六章 防雷击电磁脉冲：第三节 屏蔽、接地和等电位连接的要求：第6.3.4条规定，所有进入建筑物的外来导电物均应在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ1区的界面处做等电位连接；信息系统的的各种箱体、壳体、机架等金属组件应建立一等电位连接网络，并与建筑物的共用等电位接地系统可靠电气连接，连接至少2处。具体措施：

在监控室内沿墙脚敷设一组接地等电位均压环，形状为口字型结构，材料采用30mm×3mm 紫铜排，将机房内的所有信号屏蔽线、电源PE线、机房内的设备外壳、机架、蓄电池架、金属门窗防盗网等可导电金属构件就近与均压环进行电气连接。连接线采用6mm2黄绿双色接地多股铜芯线。

将所有进入建筑物的通信电缆及线缆用金属管道进行屏蔽，并将所有的金属管道在进入建筑物之前，就近接地。接地网采用联合地网，目的是消除各地网之间的电位差，保证设备不因雷电的反击而损坏。

9感应雷防护

从 EMC （电磁兼容）的观点来看，由外到内可分为几级保护区。建筑物外部是直击雷的区域，在这个区域内的设备最容易遭受损害，危险性最高，是暴露区，为 0 区；建筑物内部为非暴露区 ， 可将其分为 1 区、 2 区，越往内部，危险程度越低。电源线路是雷电过电压侵入的主要途径之一。从配电室低压输出端到机房设备端，必须实行分级保护，才能将雷电过电压降低到设备能够承受的水平。

10电源避雷器的配置

10.1总配电电源进线的防护（第I级）

依据GB5057-94（2004年版）《建筑物防雷设计规范》第6.4.7条所述：在LPZ0A区或LPZ0B区与LPZ01区交界处，应选用标称放电电流不宜小于80KA（8/20 us），因此在室外配电箱的三相电源进线端安装1套QBA1003/200型防雷箱（三相五线、带零地保护、带声光报警、相位显示等装置），在整个防雷系统中起到根本的作用是当发生强度很大的雷击时，使产生于供电线路（相线、零线）上的感应雷电流，在进入总配电箱之前就迅速地泄放入地，稳定可靠的发挥大通流量泄流的作用，将残压限制在最低。

10.2 機房电源进线的防护（第II级）

在一楼机房的三相电源进线端安装1套QBA1003/100型II类高能低残压型防雷箱，由于I级防雷器在泄放供电线路上高能量的雷电流时，在防雷器两端所呈现的残压仍然很高，仍可能大大超过被保护设备所能承受的最高耐压值，因此II级防雷器通过再次泄流而降低线路上的残压，进一步降低真正到达设备供电端口的浪涌电压值，使之小于设备耐压值，从而在发生雷击时，使设备遭受损坏的可能性大大减小。

10.3 UPS电源防护（第III级）

UPS电源为遥信室内的所有重要电子设备提供稳定的电源，因此UPS的防护十分重要，在监控室UPS单相电源进线端安装1套QBAM201/（1+N）型III类电源防雷模块，对UPS电源起到很好的保护作用。

10.4 重要电子设备电源防护（第IV级）

用电设备的末级防雷，这也是系统防雷中最容易被忽视的地方，现代的电子设备都使用很多的集成电路和精密的元件，这些器件的击穿电压往往只是几十伏，最大允许工作电源也只是mA级的，若不做精细的防雷保护，由经过前级防雷而进入设备的雷击残压仍将有千伏之上，这将对后接设备造成很大的冲击，并导致设备的损坏。单相的用电设备，可以采用插座式防雷器串联在设备前端作为精细级电源防雷器，其目的是将雷电及其他浪涌电压限制到对设备没有损害的水平，特别是对日常天天发生的电源系统操作过电压、电源高次谐波等具有限制和保护作用，可以延长设备的正常使用寿命，减少运行维护成本。因此建议在每个设备机柜的插座上安装1套QBA6P10A， 未级防雷器对重要设备起到精细保护的作用。

11通讯信号线的防护

根据机房的具体情况，主要考虑由室外引入的光纤、监控摄像头线路和电话线路的防雷保护。避雷器主要串接在线路的两端设备的接口处。

11.1 陆管局枢纽工程管理中心的数据传输采用光纤传送，输入光纤端口加强筋应良好接地，以保护光端机设备。

11.2 陆管局枢纽工程管理中心监控摄像头为带云台摄像机，有视频线缆、控制线缆及电源线缆，因此在每个监控摄像头室外端及室内端各安装1套QBSV-3/220-12（24）信号避雷器，此避雷器为视频、控制线缆及电源线缆三种防护为一体，共4套，并良好接地，以避免因雷击感应或电磁场干扰沿监控摄像头的信号线窜入而毁坏摄像机及室内监控设备。

11.3 陆管局枢纽工程管理中心所有电话线均从室外电信分线盒引至各办公室，由于是架空引入容易遭受雷击损坏电话机和危害人身安全，因此在室内电话线端口安装RJ11-120信号避雷器，共4套，并良好接地，以避免因雷击感应或电磁场干扰沿电话线窜入而毁坏电话机。

参考文献

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[2] 韩雪涛.自动化综合技能从入门到精通[M].机械工业出版社，2017

[3] 杨欣，莱·诺克斯，王玉凤，刘湘黔.电子设计从零开始[M].清华大学出版社，2010，10。