计算机应用 ＳＭＡＬＬ ＨＹＤＲＯ ＰＯＷＥＲ ２００８Ｎｏ５，Ｔｏｔａｌ Ｎｏ１４３ 安地 卜库信息化系统的雷电防护 杨鹏飞 陆高波（安地水库管理处 浙江金华３２１０５２） 【摘要】分析了安地水库信息化系统多次遭雷击损失的原因，针对水库的实际状况制定了一套具体的雷电防护方案 并付诸实施，根据三年多的运行情况，证明具有良好的防护效果。图１幅。 【关键词】信息化系统雷电防护地电位反击保护接地 １概述 安地水库库区各主要建筑物、电气设备附近均 设有避雷针，根据历次的雷击损坏情况分析，因直 安地水库信息化系统建成于２００４年，主要由 控制室服务器工作站计算机系统、电站监控系统、 水文遥测系统、大坝安全监测系统、泄洪闸监控系 击雷造成的损坏概率很小。 ２）感应雷 高压带电云团在附近的输电线路等导体上感应 出大量电荷，形成不稳定的平衡状态，当雷云发生 放电以后，云层所带电荷迅速消失，平衡条件被破 坏，输电线路等导体上的感应电荷出现局部高电 位，并迅速向四周泄放；或者由于直击雷放电过程 中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物因电磁 感应而产生高电压以致发生闪击的现象。感应雷在 导体上也能产生几十ｋＶ过电压，瞬间浪涌电流可 达几ｋＡ。由感应雷引起的事故约占雷害事故的 ８Ｏ％～９０％。 统、视频图像监控系统及各科室计算机等组成。安 地水库地处高海拔山区，年平均雷暴日数在６０ ｄ 以上，属强雷区。电站输电线路大范围长距离分 布、金属架构林立，增加了雷电隐患。加上水库信 息化系统中部分设备分布在库区山顶高处，极易遭 雷击。仅２００４、２００５两年，就有大量设备如计算 机、视频服务器、闸门开度仪、测压管Ａ／Ｄ转换 卡、电话机、电视机等遭雷击损坏，经济损失达 ｌＯ多万元。因此，迫切需要研究制定一套有效的 雷电防护方案。 水文测报站的电话机、传真机的电话线路、电 视机的闭路信号线路在室外架空部分，视频图像监 控系统中监控摄像头的电源线、ＲＳ４８５控制线、视 频信号传输同轴电缆的架空线路，雷暴发生时较易 感应出高电压。 ００４、２３Ｏ５年的多次电话机、视频服 务器、电视机遭雷击损坏分析，均属于感应雷损坏。 ３）地电位反击 ２雷击原因分析 雷电是高压带电云团放电造成的，其中大部分 是雷云与雷云之间放电，少数是雷云与大地放电。 雷云与雷云之间放电由于发生在高空，对地面影响 较小。造成雷击破坏的主要是雷云与大地之间 放电。 当雷云对避雷针、避雷线放电时，由于雷电冲 击电流等值频率很高，接地体呈现较大的感抗，数 值大于工频接地电阻，在雷电放电电流较大时，会 引起地线系统电位急剧上升产生过电压，并通过接 地线向附近的电气设备放电，造成雷击破坏。 安地水库水文测报站的几起计算机主板、测压 管Ａ／Ｄ转换卡雷击损坏，都是雷电电流经接地体 雷电对设备的损害表现形式主要有三种： １）直击雷 直击雷是指带电云层与大地或高出地面的导电 体之问发生直接的放电现象。直击雷破坏作用最 大，雷电压可达几百ｋＶ，电流可达几百ｋＡ，在瞬 间产生了巨大的热量、高电压冲击、机械应力，导 致建筑物损坏、电路及金属构件熔化、集成电路元 器件击穿， 甚至导致人员伤亡。并且浪涌电压电流 向电气设备放电的反击后果。 将沿着与被击中物体相连接的金属管道、线路传递 到远方，从而使被破坏的区域扩大。 ・ ３雷电防护措施 根据历次雷击损坏事故的分析，针对水库具体 ５８ ・ 小水电２００８年第５期（总第１４３期） 计算机应用 情况，制定以下防雷措施。 手摇地阻表测量，复合接地体接地电阻Ｒ为３．１Ｑ， １）在信息化系统的各子系统之间实行电气上 满足规定要求。 的隔离、独立，防止雷击损害扩大。各子系统在地 ３）电源线路防雷保护。电源线路是雷电重要 理位置上分布较远，均在５００ ｍ以上，电气隔离后 侵入口，在历次的雷击损坏事故中占很大比率，故 有利于各子系统因地制宜，制定不同的防雷方案。 采取多级保护方式。在各种电气设备电源末端配电 子系统间的数据通讯避免使用导体、电缆连接，一 箱中安装电涌保护器ＳＰＤ，在设备电源入口安装隔 般采用光缆通讯，由于通讯速率在ｌＧｂｐｓ以下，故 离变压器。安装时外壳、铁心可靠接地。计算机、 采用多模光纤即可。注意不能使用具有强化钢芯或 服务器、ＰＬＣ等重要设备配置在线式ＵＰＳ电源。 铠装的光缆。水文测报站的水文遥测系统、大坝安 ＵＰＳ电源不但能提供稳定的电压，还具有一定的防 全监测系统、电站监控系统、控制室计算机系统间 雷功能。 数据传输均使用光缆。光缆架设困难的地方如泄洪 ４）通讯线路防雷保护。在通讯线路末端安装 闸监控系统，则采用无线网桥通讯。 电涌保护器ＳＰＤ。电涌保护器的作用是把窜人电力 ２）改造原有的避雷设施，重新埋设保护接地 线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所 装置。水文测报站的水文遥测系统、大坝安全监测 能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入 系统地势高，是历次雷击的重灾区。设置避雷针是 地，保护设备或系统不受冲击而损坏。反应速度很 防直击雷的有效装置。原有的避雷针高度１５ ｍ， 快达纳秒级，可以防止各种频谱的浪涌电压的侵 地面上保护半径 袭。电涌保护器的电路根据不同需要，有不同的形 Ｒ＝１．５ｈｐ：２２．５ｍ （１） 式，可用在电话线、网络线、ＲＳ４８５通讯线等多种 式中： ——保护半径； 电路中。ＳＰＤ的基本电路（见图１）。 ——避雷针的高度； 测压管液位传感器模拟信号线安装模拟信号防 ｐ——高度影响因数，Ｐ的取值是：当 雷器，视频监控控制线安装ＲＳ４８５防雷器，电话、 ｈ≤３０ ｒｌ＇ｌ，Ｐ＝１。 传真等通讯线路末端安装ＲＪ１１接口的电话信号防 水文测报站的建筑物、电气设备均在避雷针保 雷器，局域网安装ＲＪ４５接口网络信号防雷器，接 护范围以内，但避雷针接地引入线长度达５０ ｒｌａ，不 地端可靠接地。这些措施能有效防止感应雷电流的 附合规定的小于３０ ｍ的要求，引入线太长增加了导 冲击。 体电感，使冲击电阻Ｒ ｈ增大，应重新埋设接地体。 在室外沿大坝铺设的测压管信号线、控制线、 良好的接地系统不仅会使雷电流泄放的速度加快， 电源线，必须采用穿钢管方式，并埋入地下铺设。 缩短雷电压在建筑各系统停留的时问，而且有利于 由于钢管的屏蔽作用，能隔离感应雷电场，对内部 降低雷电流入地时地电位瞬间升高的幅度。由于水 线路起较好的保护。 文测报站地处山坡，表层土壤为较薄的砂质土，土 壤干燥，土壤电阻率ｐ＝３ Ｘ ｌＯ４ｎ・ｃｍ。单根垂直接 地体不能满足要求。采用水平接地体和垂直接地体 共用的复式接地装置。垂直接地体使用５０咖 × ０５ ｍｎ Ｘ ５ ｌｌ＂ｌｍ，长２ ｍ，角钢９根，等值直径ｄ为 ４２ ｌＴｆｆｒｌ。 单根接地电阻Ｒ 为１２５０，并联接地电阻Ｒ 为１８ｆ２。 图１ 电涌保护器（ＳＰＤ） 水平接地体用４０ ｍｌｙｌ ｘ ４／Ｙｌｍ扁钢，总长５０ １ＴＩ， ５）加强值班守卫人员的防雷意识。计算机等 焊接成网格状。等值直径ｄ＝２ ｃｍ，水平接地体埋 电气设备在不使用时切断电源，火线、零线均需切 深ｈ：５０ ｅｍ，接地电阻Ｒ 为１２．７Ｑ。 断，最好是拔下电源插头。电视机还需拔掉信号线 为了降低接地电阻，更换在接地体附近的部分 插头。雷暴发生时尽量少使用电气设备，必须使用 土壤，用电阻率低的土壤混合碳渣填充，更改下水 的计算机等电器要切断外接电源，使用ＵＰＳ供电。 道，使土壤保持湿度，有效地降低土壤电阻率。经 （下转第６２页） ・ ５９ ・ 运行与维护 ＳＭＡＬＬ ＨＹＤＲＯ ＰＯＷＥＲ ２００８Ｎｏ５． Ｎｏ１４３ 在机座梁下加柱，以增强其刚度，从而减小 振幅。 ２）方案二：增加机座梁梁高。 根据机座动力计算的特点，也可增加机座梁 高，使其刚度及自振频率提高，从而使梁的振幅减 少，根据振幅Ａ≤０．１５ ｍｌｎ，计算得梁高ｈ≥ １．１５ ｍ，因此将梁高增ＪＪＨｏ．２０ ｍ，从而使梁的振幅 达到规范要求。 ３）方案比较 方案一及方案二处理后，都能使机座梁的动力 验算达到规范要求，但进行方案二处理，由于新旧 图３机座梁振动处理图 混凝土的结合问题，使得机座梁是否能形成整体承 对初步处理后的机座粱Ｌ１进行动力计算，计 受振动还是个未知数，而方案一施工简单，效果明 算简图（见图４）。 显，而且进行调整比方案二方便，因此推荐方案一。 ， Ｇ 卜＼ ４结语 ｊ：。卜——— 『一 ＿＿———．．＿———＿ｚ ——— 一 根据以上分析，泵站振动影响过大的原因初步 １ ５ｎ Ｉ 己７ｎ ｝１ ５九 认为是机座梁的振幅过大，超过规范值。通过方案 比较，最后处理措施采用在机座梁下设２根立柱， 图４机座刚架梁计算简图 以加强其刚度，提高其固有的自振频率，减少振 初步处理后动力计算结果（见表３）。 幅。处理后经过观测，机座梁的振幅在规范值范围 内，处理取得良好的效果。 表３初步处理后泵站机组机墩动力计算表 ■ 共振估算 动力系数验算 振幅验算 计算值规范值计算值 规范值 计算值 规范值 ２９％ ≥２０％ 一０．６４≤１．３—１．５ ０．１２４ ０．１５ ＩＴＬＩｎ 陈志扬（１９７６一），男，工程师，主要从事水利水电建 筑工程设计工作。Ｅｒｎａｉｌ：ｈｔｍｇｌ０１８＠１６３．ｔｏｍ 责任编辑赵建达 （上接第５９页） 正常，特别是在每年雷雨季节到来之前进行检查， ４注意事项 发现问题及时修复，以免发生不必要的损失。 近年来随着水库信息化技术的迅速推广，信息 参考文献： 化系统的雷电防护是不可忽视的问题。做好信息化 ［１］ＧＢ５００５７－－２（Ｋ）０，建筑设计防雷规范［ｓ］． 系统的雷电防护要注意以下几点： ［２］ＧＢ５０１７４９３，电子计算机机房设计规范［ｓ］． ［３］ＧＢ５０３４３－－２００４，建筑物电子信息系统防雷技术规范 １）在设计阶段应充分考虑系统的防雷要求， ［Ｓ］． 制定合理的防雷措施，在工程的选址、建筑物施 ［４］ＧＢ７４５０－－－８７，电子设备雷击保护导则［Ｓ］． 工、设备选用等方面符合相应的防雷标准。 ［５］宋德齐．大坝安全监测系统的雷电防护［Ｊ］．大坝与安 ２）接地网络接地阻抗应符合建筑物防雷接地 全，２０Ｏ７（１）． 规范与通信行业防雷接地标准。设备的电源线、信 ■ 号线应远离接地体，系统强弱电分开布线。 ３）室外布线尽量避免使用架空电缆，应采用 杨鹏飞（１９７０一），助理工程师，主要从事水库电气设备 设计维护工作。 穿钢管并埋入地下铺设。 陆高波（１９７７一），工程师，副处长，主要从事水库工程设 ４）定期检查避雷设施、避雷元器件功能是否 计、施工工作。 责任编辑曹丽军 ・６２・