河北省大清河河務管理處工情監視系統防雷保護初探

王森，許源，王秋爽

（1.河北省大清河河務管理處，河北保定071051；2.保定市水文水資源勘測局，河北保定071000）

河北省大清河河務管理處工情監視系統防雷保護初探

王森1，許源1，王秋爽2

（1.河北省大清河河務管理處，河北保定071051；2.保定市水文水資源勘測局，河北保定071000）

隨著工情監視系統在水利樞紐的應用，監視系統的防雷保護需求越來越引起重視。對大清河管理處工情監視系統遭受雷擊的原因和危害作出初步分析，同時對大清河管理處工情監控系統的防雷保護措施進行了相應的介紹。

工情監控系統；防雷；水利樞紐

1 概況

目前，大清河管理處所轄的新蓋房樞紐、棗林莊樞紐、王村分洪閘3座大型水利工程上均建設了視頻監控系統，在處機關安裝了中轉服務器，為河北省水利廳、水利部海委等提供視頻畫面。監控中心既可以通過終端軟件實時瀏覽16路視頻查看工程上下游情況，也可以實現對遠端視頻攝像機的操控。

由于3座水利工程特殊的地理環境，工情監控系統更易遭受雷擊破壞。如果閘區汛期雷雨天氣頻繁，工情監視系統遭受雷擊現象也會增多，導致防汛工作受到干擾，容易造成重大的經濟損失。

2 雷擊對工情監視系統的危害和后續影響情況

自大清河管理處工情監視系統建設以來，曾多次發生設備、線路遭雷擊事件，近些年尤為嚴重。如，2008年6月，新蓋房樞紐工情監控系統攝像頭以及視頻轉換卡因雷擊損壞，致使新蓋房樞紐工情監控系統癱瘓；2011年7月，王村分洪閘工情監控系統攝像頭電源被雷擊燒毀；2013年8月，棗林莊樞紐工情監控系統由于雷擊6路無信號，云臺無法控制，導致視頻通信一度中斷。

以上事例都是短期雷擊造成設備嚴重損壞，這些雷擊無不導致相關的水利樞紐及防汛工程信息中斷，使重要工情信息傳不出去，嚴重危及防汛工作的正常進行，如果遇到像2012年“7·21”暴雨這樣大的險情，后果將不堪設想。

3 雷擊的3種破壞形式及工情監視系統雷擊事故分析

3.1 雷擊的3種破壞形式

第一種是直接雷擊。低層雷云與大地之間“先導放電”后，大地又與雷云之間“主放電”，放電時間短，電流在數百千安以上，雷云直接向露天的監控攝像頭或線纜上放電造成設備、線纜損毀。

第二種是感應雷擊。雷云放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應等現象稱之為感應雷擊，它可以使金屬部件之間產生火花而損害設備。有統計顯示，感應雷擊約占現代雷擊事故的80%以上。

第三種是雷擊電磁脈沖。雷擊電磁脈沖是一種干擾源，閃電直接擊在建筑物防雷裝置和建筑物附近所引起的效應。電磁輻射產生的雷電波通過電源線路、信號線路、金屬管道等損壞電子設備，造成工情監視系統不能運行。

3.2 工情監視系統雷擊事故分析

這首先與電子信息技術的迅猛發展密切相關。隨著科技的不斷進步，電子技術的發展日新月異，工情監視系統設備越來越小巧、精密，其中使用了大量的半導體集成模塊，但這種集成模塊的耐過壓性能差，更容易受到雷擊引入瞬時過電壓的破壞。

其次是與各閘所的環境有關。根據統計資料，獨立突出建筑物和水面附近最容易招致雷擊。大清河管理處3座水利樞紐都在水面附近，周圍比較空曠，地勢相對較高，利于雷電產生的條件具備，雷閃放電極易在其附近發生。

三是防雷設施不完善，工程措施不到位。據調查發現，近年雷擊損壞設備部位主要是工情監視系統的前端和終端設備，電源線極少受損，雷電主要通過信號線侵入。前端設備損毀主要由直擊雷和感應雷所致，終端設備損毀一般由感應雷和雷擊電磁脈沖引起。

4 雷擊防護措施

4.1 前端設備防雷

前端設備主要有監控攝像機、視頻光端機、控制碼交換機等，需同時考慮防止直擊雷擊和感應雷擊，對它們的防護主要采用接閃器和避雷器防護。為防止電磁感應沿線路侵入前端設備，攝像機的電源線、信號線和云臺控制線應穿金屬管屏蔽，同時加裝合適的避雷器。攝像機的金屬外殼要接地，以泄放感應雷。

4.2 傳輸線路防雷

工情監控系統傳輸線路主要有視頻線、485控制線、云臺控制線、光纖及電源線等。由于閘所的監控點比較分散并距中控室距離較遠，前端設備的電源一般應采取就近的方式供電。為了使線路的避雷效果達到最好，整個系統的數據、圖像傳輸應全部采用光纜傳輸。大清河管理處3個樞紐均為架空線方式傳輸，為避免傳輸線架空時首尾端設備損壞，應在每一電桿上做接地處理，架空線纜的吊線和架空線路中的金屬管道應接地，中間放大器輸入端的信號源和電源均應分別接入合適的避雷器。另外，在中控室的室外防水儀表箱應安裝具有浪涌識別功能的電源浪涌防雷器和視頻電纜浪涌防雷器，將設備與通訊線路有效地隔離開來，最大限度地降低雷電的危害。

4.3 終端設備防雷

監控室主要由計算機系統、供電設備、視頻光端機、硬盤錄像機等設備構成。在工情監控系統中，中控室的防雷最為重要，應從直擊雷防護、感應雷侵入、雷擊電磁脈沖多方面進行。

監控室應在接閃器保護范圍內。由于有80%雷擊高電位是從電源線侵入的，為保證設備安全，一般電源上應設置3級避雷保護。在視頻傳輸線、信號控制線、入侵報警信號線進入前端設備之前或進入中心控制臺前，應加裝相應的避雷保護器。進入監控室的各種金屬管線應接到防感應雷的接地裝置上。架空電纜線直接引入時，在入戶處應加裝避雷器，并將線纜金屬外護層及自承鋼索接到接地裝置上。

監控室內應設置一等電位連接母線（或金屬板)，該等電位連接母線應與建筑物防雷接地、PE線、設備保護地、防靜電地等連接到一起防止危險的電位差。各種電涌保護器（避雷器)的接地線應以最直和最短的距離與等電位連接母排進行電氣連接。

對于雷擊電磁脈沖干擾屏蔽措施可以將建筑物和房間內部鋼筋及附設于其上的金屬框架等電位連接在一起，并與防雷裝置相連，同時對穿越的導電金屬就近進行等電位連接。對于要求有屏蔽的系統在利用建筑物本身鋼筋、金屬框架等不能滿足要求時，還要另外加設金屬網或其他能滿足屏蔽的措施，以合適路徑敷設線路，增加線路屏蔽。

5 結語

雷電對安全監控系統的損害途徑是多方面的，筆者主要對大清河管理處監控系統遭受雷擊損害的主要原因以及可能的侵入途徑作了初步的分析，同時對安全監控系統的防雷保護技術進行了相應的介紹。需要說明的是，防需保護是一個比較復雜的問題，對監控系統的防雷保護設計不僅取決于防雷裝置的性能，更重要的是在監控系統的設計施工之前就要考慮到監控所處的地理環境，設計合適的線纜布放、屏蔽及接地方式。總之，防雷保護設計應綜合考慮，才能獲得良好的效果。

TP277；TV877

B

1004-7328（2014）04-0069-02

10.3969/j.issn.1004-7328.2014.04.025

2014-05-07

王森（1980-），男，工程師，主要從事水利工程管理工作。