智能一體化防雷SPD在大型項(xiàng)目上的應(yīng)用

杜毅威

(中國(guó)建筑西南設(shè)計(jì)研究院有限公司，成都 610042)

0 引言

民用建筑尤其是如大型機(jī)場(chǎng)航站樓類的大型民用建筑項(xiàng)目，信息電子設(shè)備使用量大，對(duì)雷電電磁脈沖過(guò)電壓的防護(hù)要求很高，浪涌保護(hù)器(SPD)使用量很大，對(duì)SPD狀況的監(jiān)控就非常重要。筆者所在單位在某新建大型機(jī)場(chǎng)工程航站樓、GTC等項(xiàng)目的防雷設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)了智能一體化的浪涌保護(hù)器。現(xiàn)將相關(guān)技術(shù)做個(gè)分享，供各位同仁參考，不當(dāng)之處，歡迎批評(píng)指正。

1 概述

機(jī)場(chǎng)航站樓屬于第二類防雷建筑物，按 GB 50343-2012《建筑物信息系統(tǒng)防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》第4.3.1條，其建筑電子信息系統(tǒng)防護(hù)等級(jí)為A級(jí)。航站樓內(nèi)各類智能化電子設(shè)備眾多，對(duì)雷電防護(hù)的連續(xù)性和安全性要求很高。防雷系統(tǒng)出現(xiàn)問題，可能會(huì)造成重要設(shè)備故障損壞、重大財(cái)產(chǎn)損失等，甚至?xí)?dǎo)致系統(tǒng)癱瘓引發(fā)重大安全事故。

在各級(jí)低壓配電系統(tǒng)的進(jìn)線處設(shè)置SPD是防雷電過(guò)電壓和操作過(guò)電壓的重要保護(hù)措施。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在航站樓電源系統(tǒng)的總配電柜、分配電箱、機(jī)房及設(shè)備端的配電箱電源進(jìn)線處，分別設(shè)置了電源型SPD。

2 大型機(jī)場(chǎng)航站樓采用常規(guī)型SPD存在的問題

對(duì)于大型機(jī)場(chǎng)航站樓這一類大型工程項(xiàng)目，有著SPD數(shù)量龐大、維護(hù)不便等特點(diǎn)。由于SPD會(huì)在使用過(guò)程中逐漸劣化失效，如采用非智能常規(guī)型SPD，維修人員需要定期巡檢和故障排查，在消耗大量人力、物力的同時(shí)，仍無(wú)法第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)故障，雷電防護(hù)的連續(xù)性得不到保障。

常規(guī)型SPD存在的問題：無(wú)法確認(rèn)SPD是否起到防護(hù)作用；不能及時(shí)更換失效的SPD，保證SPD防護(hù)的連續(xù)性；不能預(yù)計(jì)SPD的剩余壽命；不能查詢SPD維護(hù)、雷擊事件等檔案記錄；SPD不能自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息等。

3 智能防雷監(jiān)控系統(tǒng)

針對(duì)常規(guī)性SPD存在的諸多問題，國(guó)內(nèi)已有多家防雷生產(chǎn)研發(fā)企業(yè)，研發(fā)出了智能防雷監(jiān)控系統(tǒng)，使維護(hù)人員能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控整個(gè)防雷系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障和需要更換的SPD，有針對(duì)性地進(jìn)行維護(hù)，保障各系統(tǒng)安全、正常運(yùn)行。

智能防雷監(jiān)控系統(tǒng)采用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)，對(duì)SPD 進(jìn)行智能化管理，通過(guò)收集、整合所有SPD關(guān)鍵數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)SPD的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)，同時(shí)針對(duì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的記錄、管理，使防雷產(chǎn)品維護(hù)管理及時(shí)、方便、有效。

3.1 智能防雷監(jiān)控系統(tǒng)組成

系統(tǒng)主要包括：智能型SPD、數(shù)據(jù)采集終端、通訊管理單元、智能監(jiān)測(cè)軟件。其組成架構(gòu)圖可參見圖1。

3.2 智能防雷監(jiān)控系統(tǒng)功能優(yōu)勢(shì)

(1)在線監(jiān)測(cè)

將SPD智能組網(wǎng)，提供圖形化監(jiān)控界面，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)SPD運(yùn)行狀況(參見圖2)，對(duì)SPD全局管理，直接定位故障SPD安裝位置，實(shí)現(xiàn)防雷、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、運(yùn)行配置、遙信等功能。

(2)故障告警

SPD的故障包括：熱脫扣、熔斷器斷路、瞬變管損壞、漏流、模塊非法拔出、通訊超時(shí)等。

當(dāng)SPD發(fā)生以上故障失效時(shí)，監(jiān)控子站或主站能夠通過(guò)如下方式(可選)發(fā)出報(bào)警信號(hào)：報(bào)警燈閃爍、軟件監(jiān)測(cè)界面中設(shè)備對(duì)應(yīng)圖標(biāo)閃爍、輸出到大屏幕顯示、發(fā)出報(bào)警音、故障記錄自動(dòng)打印、將SPD劣化信息以短信的方式發(fā)送至負(fù)責(zé)人的手機(jī)等。

另外，報(bào)警內(nèi)容包括故障點(diǎn)名稱、故障內(nèi)容、故障發(fā)生時(shí)間、處理建議和故障點(diǎn)位置等，通過(guò)上位機(jī)監(jiān)控軟件可以實(shí)現(xiàn)故障的準(zhǔn)確定位。可以在上位機(jī)畫面上鎖定故障SPD所在位置，及時(shí)有效地進(jìn)行SPD的維護(hù)。

圖1 智能防雷監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)圖

圖2 智能SPD監(jiān)控系統(tǒng)圖形頁(yè)面

(3)壽命預(yù)警

機(jī)場(chǎng)項(xiàng)目對(duì)SPD更換的及時(shí)性要求很高，在SPD劣化到預(yù)設(shè)程度時(shí)自動(dòng)發(fā)出告警信息，提醒維護(hù)人員提前更換，從根本上保證了SPD對(duì)設(shè)備保護(hù)的連續(xù)性和有效性。圖3所示如為系統(tǒng)對(duì)SPD設(shè)備詳細(xì)信息的記錄及預(yù)警信息。

圖3 智能SPD監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)設(shè)備的詳細(xì)信息記錄

(4)查詢統(tǒng)計(jì)

智能SPD監(jiān)控系統(tǒng)擁有自動(dòng)監(jiān)測(cè)并記錄雷擊發(fā)生時(shí)間、通流強(qiáng)度、雷擊波形、雷擊次數(shù)等情況的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，用戶可以通過(guò)監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行雷擊情況查詢，并可統(tǒng)計(jì)各通流強(qiáng)度范圍內(nèi)雷擊次數(shù)的累計(jì)值，讓用戶清楚地了解到各SPD的實(shí)際防護(hù)作用。

用戶通過(guò)監(jiān)控主機(jī)可以自動(dòng)查詢每個(gè)在線SPD的信息，包括運(yùn)行狀況、故障信息、安裝位置、維護(hù)記錄等。該系統(tǒng)提供SPD維護(hù)記錄、運(yùn)行狀況等各種報(bào)表功能，支持打印輸出，方便進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)管理存檔。

(5)無(wú)人值守

防雷系統(tǒng)在報(bào)警或預(yù)警時(shí)，系統(tǒng)能夠自動(dòng)發(fā)送故障報(bào)警短信給值班負(fù)責(zé)人手機(jī)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，為機(jī)場(chǎng)節(jié)省大量的人力、財(cái)力。

4 SPD專用后備保護(hù)裝置SCB

SPD后備保護(hù)器通常選用斷路器或熔斷器，SPD失效后，當(dāng)流過(guò)SPD的工頻電流處于后備保護(hù)裝置的動(dòng)作盲區(qū)或后備保護(hù)裝置因故障無(wú)法正常動(dòng)作時(shí)，會(huì)存在SPD發(fā)熱、冒煙、起火等安全隱患，嚴(yán)重的會(huì)造成電氣火災(zāi)事故，需要從根本上避免這種安全隱患。

對(duì)于機(jī)場(chǎng)航站樓這種人員密集、設(shè)備復(fù)雜、重要等級(jí)高的建筑物，對(duì)火災(zāi)防護(hù)的要求非常高。而傳統(tǒng)的SPD存在工頻電流防護(hù)盲區(qū)，存在電氣火災(zāi)的隱患。

SPD專用后備保護(hù)裝置(SCB)，通過(guò)改進(jìn)溫度脫扣裝置材料和結(jié)構(gòu)提升形變與脫扣溫差等措施，動(dòng)作區(qū)域覆蓋所有電流區(qū)間，實(shí)現(xiàn)全電流無(wú)動(dòng)作盲區(qū)失效保護(hù)，解決了SPD通過(guò)數(shù)安培工頻電流時(shí)能脫扣，在通過(guò)與SPD相匹配的沖擊電流時(shí)不動(dòng)作，消除了MOV失效起火的安全隱患，實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全。

熔斷器、斷路器及SPD專用后備保護(hù)裝置實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證見表1～2。

1 200 V 暫態(tài)過(guò)電壓(TOV)試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄情況 表1

工頻故障電流試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄情況 表2

5 智能一體化集成浪涌防護(hù)器

國(guó)內(nèi)一些防雷公司已推出智能一體化集成浪涌防護(hù)裝置，集新型防雷芯片、熱保護(hù)裝置、失效保護(hù)裝置、后備保護(hù)裝置(熔斷器)于一體，減少了線路盤繞，使SPD器件電感量大幅減小，系統(tǒng)殘壓大幅降低，提高了防雷系統(tǒng)的保護(hù)性能和信息設(shè)備的安全性。一體化集成浪涌防護(hù)裝置采用浪涌防護(hù)的多功能模塊化、智能化，軟硬件結(jié)合，組成了完整的防雷保護(hù)解決方案。

新型一體化集成浪涌防護(hù)裝置具有的優(yōu)勢(shì)有：采用熔斷組合集成技術(shù)，減少線路纏繞，提高有效保護(hù)水平；改進(jìn)MOV芯片，采用多管腳結(jié)構(gòu)，有利于雷電流的泄放，有效降低Up值；采用Uc 420V芯片，提高了產(chǎn)品安全性和使用壽命；采用可插拔智能監(jiān)控模塊，實(shí)現(xiàn)智能防雷功能。

6 結(jié)束語(yǔ)