引黃工程通信系統的防雷及改造

段 強

（山西省萬家寨引黃工程總公司，太原 030012）

1 引黃工程通信系統功能

山西省萬家寨引黃工程實現了高水平的自動化功能。該工程自動監控系統對五座大型水泵站及其大型取水分水閘、大型調節閥站、大型閥門室的設備進行監視、控制和調節，對所屬大型水庫、450多公里的隧洞、管道、渡槽等輸水水工建筑物進行監測，并對以上設備、設施進行有效統一的調度和管理。而通信系統是調度自動化、輸水現代化的基礎，是全線供水、輸電系統重要的、密不可分的組成部分，是確保引黃工程供電、輸水系統安全、穩定、優質運行的重要手段。其重要任務是為全線供電、輸水系統調度、繼電保護及安全自動裝置和調度自動化監控系統提供可靠的信息通道。通信系統承擔的任務決定了其必須保持實時暢通，不可中斷。

2 引黃工程泵站通信機房及通信系統防雷改造前狀況

2.1 概述

引黃工程的通信站點除引黃調度大樓、偏關、平魯、寧武通信站外，36個站點大都位于山區，一般都處在高海拔山峰上，由于山高樹木少，極易成為雷擊的目標。山上土少石頭多，還造成接地電阻很難降得很低，使雷電流的泄放造成很大困難。站點建筑物為低層鋼筋混凝土結構，并設有高大的通信鐵塔及架空線路，相對突出，由于改變了局部大氣電場，增大了發生雷擊的概率。站點的鐵塔、站房、架空線路極易接閃；通信設備均為微電子設備，承受雷擊電脈沖相對較低；原有防雷裝置損壞嚴重。上述三點原因導致周家山通信站、廟前山微波站、水背尖微波站、梭欲變電站等站點曾多次遭受雷擊，損壞設備，通信中斷。

2.2 雷電環境條件及雷電活動規律等基本資料

通信機房及通信，水力量測站點位于偏關，平魯，寧武，神馳，婁煩，古交境內，參照《氣象信息雷擊電磁脈沖防護規范》QX3-2000附錄F全國各主要城市雷暴活動日數，當地年均雷暴日數35～40（d/a），雷暴日集中在4－9月，屬于多雷區。

2.3 地理土壤環境

站點所處位置均為山區，土壤電阻率較高，土質（碎石沙土、沙質粘土、沙爍石子）。具體實測的接地電阻和土壤情況見表1。

2.4 防雷保護區域劃分

通信系統現場主要包括主機房，電源室，通信鐵塔。

1）電源線路均為架空線引入后，轉電纜埋地敷設，處于 LPZ1區，不易遭受直接雷擊，但易將架空線路在遠處的雷電波引入站內。

2）電話，饋線，光纜等信息線路為長距離架空傳輸，直接引入站內，處于LPZ0A區。易遭受直接雷擊。

3）各種通信設備，電源設備，水力量測設備均位于室內，處于LPZ1區或LPZ2區。不易遭直接雷擊，但易遭雷擊電脈沖的危害。

4）鐵塔，站房均處于LPZ0區，易遭受直接雷擊，屬可承受范圍。

2.5 存在問題

1）部分站房的直接雷防護裝置－避雷帶，引下線存在銹蝕、倒伏、斷裂情況。水背尖微波站、廟前山微波站、梭峪變電站房、汾河水庫微波站、井子巖微波站、壩子山微波站、紅梁山通信站共7個站的避雷帶嚴重損壞或無避雷帶，需重新安裝。

2）9﹟檢修閥、沙峁溝、西坪溝水力量測站、周家山、策馬山、十八盤通信站、井子巖、水泉溝、利民堡、水背尖、巖頭寺、壩子山微波站、梭峪變電站地網的接地阻值共 13個站點的接地電阻大于4?，超出規范要求。需進行地網改造。

表1

3）電源系統上安裝電源涌浪保護器（電源SPD）是隨設備順序裝設的，存在級間能量不配合的情況，達不到逐級泄放雷電流的要求。部分參數選擇偏高，不能與設備配合使用，達不到有效保護設備的目的。

4）電話、饋線等信號線路大多為架空引入，且架設較混亂，承重索未接地，未加裝信號涌浪器（信號SPD）。光纜加強芯未做接地處理，

5）機房內的設備、設施等電位連接措施不完善，無均壓環和靜電膜。

根據 GB50057-94《建筑物防雷設計規程》，通信機房及通信水力量測的設備為重要電子設備，確定為二類防雷保護對象，雷電防護等級為A級。

3 防雷設施的改造及效果

2011年8月，引黃總公司對泵站通信機房及通信、水力量測站點防雷設備從以下幾個方面進行了改造：

3.1 安裝和修復避雷帶（見圖1）

在水背尖微波站等七個站的房頂沿女兒墻或房檐安裝避雷帶，主材為 φ10熱鍍鋅圓鋼，每隔 1m用支持卡子固定。平均每隔不大于18m設一條引下線，上端與避雷帶連接，下端與接地體連接。其它站點修復斷裂、倒伏的避雷帶，做防腐處理。

3.2 地網改造（見圖2）

1）垂直接地極規格為L5×50mm熱鍍鋅角鋼，長度為1500mm，間距為5m。

2）水平接地體采用40×4mm熱鍍鋅扁鋼，距建筑物不小于3m的地方埋設。

3）優化接地體要求埋深不小于1m，間距5m。優化接地體可單獨使用，也可以與角鋼接地極配合使用，加入一定量的降阻劑以增加接地效果。

4）接地體在施工時，扁鋼與角鋼焊接采用三面施焊；扁鋼與扁鋼焊接采用三邊施焊，焊接長度大于100mm；圓鋼雙面焊長度不少于直徑六倍。焊接點均作防腐處理，涂瀝青油或油漆。

5）采用40×4熱鍍鋅扁鋼將鐵塔、避雷網、建筑物基礎接地連接成一個整體，即共用接地系統。

6）由于接地裝置的安裝施工多處于山地，考慮到施工難度，水平接地體埋深不小于500mm，垂直接地極頂端埋設不小于500mm。

7）接地體安裝完成后，逐層回填素土夯實，在接地體周圍不得填入磚石，焦渣之類的雜物，與此同時進行檢測，要求其接地電阻不大于4?，不合標準的，采取增加接地體、換土或增加降阻劑等措施，直至達到標準為止。

圖1 避雷帶安裝和修復示意圖

8）接地體圍繞建筑物設成環型，主接地極設置在鐵塔周圍，具體的埋設位置根據實際情況進行調整。

圖2 地網改造示意圖

3.3 電源線路防雷（見圖3）

1）電源防雷設三級保護

第一級電源SPD裝設在總配電處；第二級電源SPD裝設在分配電處，第三級電源SPD裝設在被保護設備前端。為太陽能供電線路增加專用SPD。第一級和第二級間距不小于10m， 第二級和第三級間距不小于5m。

2）電源線路屏蔽（見圖4）

將電源線路的金屬線槽、線管、電纜金屬屏蔽層、鎧裝層兩端就近做等電位連接。架空信號線路入戶前埋地長度不小于15m，穿熱鍍鋅鋼管。

3.4 信號線路防雷（見圖4）

將信號線路的金屬線槽、線管、電纜金屬屏蔽層做等電位處理。架空信號線路入戶前埋地長度不小于15m。在通信機房總配線架出為電話線路加裝電話SPD。在饋線的入戶端加裝饋線SPD。

圖3 線路防雷改造示意圖

圖4 電源及信號線路防雷改造示意圖

3.5 等電位防雷（見圖5）

在各機房內的機柜、機架、電源保護地、金屬管件、金屬線槽、橋架、線纜屏蔽層、光纜金屬加強芯、金屬門窗、靜電接地全部做等電位連接。

3.6 涌浪保護器（SPD）的選型

為保證有效防止雷擊電磁脈沖侵入，浪涌保護器（SPD）的正確選擇，將直接關系到通信機房及通信、水力量測站點的防雷質量。如果選擇不當，不但難以起到防雷作用，甚至會影響系統的正常運行。因此，SPD的選型至關重要。

依據規范第二類防雷建筑物防雷措施的內容，電源SPD選用并聯型SPD，采用三級防護，選型如下。

圖5 等電位改造示意圖

第一級電源SPD參數：單相額定電壓為255V，最大通流為100kA。

第二級電源SPD參數：額定電壓為385V，標稱放電電流為15kA。

第三級電源SPD參數：單相額定電壓為255V，標稱放電電流為5kA。

電話線路標稱電壓 110V，選用電信系統專用SPD。

饋線選用最大放電電流30kA，2.5GHZ的專用SPD。所有的SPD選用具有國家認可的專業檢驗機構出具的檢驗合格報告的產品，電源SPD和饋線信號 SPD選用進口產品，電話 SPD選用國產高質量產品，確保防雷的質量。

2011年 10月，防雷設施改造工程全部完成并投入使用。使用一年多以來，各站點防雷設備、設施運行穩定，現場建筑物及設備未發生雷擊損害，項目實施效果良好，達到了預期目標。

4 結論

引黃總公司采用現代防雷理念，結合現場實際，對通信系統防雷設施進行了系統性的改造。通過改造，有效地提高了設備防雷水平，保證了通信的暢通無阻，為供水自動化奠定了堅實可靠的基礎。