陸水樞紐主壩防雷工程項目可研報告

孔海燕

摘 要：陸管局樞紐工程管理中心（以下簡稱“管理中心”）是陸水樞紐防汛工程，歷年來擔負著防汛抗洪的重要使命，其正常運行意義重大。管理中心位于赤壁市陸水湖風景區，為一幢5層高小樓，建設在毗鄰陸水湖旁的一小山坡頂部，正前方為陸水湖三峽試驗壩，四周沒有高層建筑，地勢開闊，極易造成雷擊，歷年來常因雷擊造成電腦、電視、電話損壞，嚴重影響了正常辦公及防汛工作，因此急需實施防雷工程。

關鍵詞：防雷、防汛抗洪

1項目建設的必要性與緊迫性

管理中心樓頂安裝有一座鐵塔，高約6米，樓頂四周未安裝避雷帶。鐵塔焊接有一根鋼筋和一根扁鋼，分別與大樓兩根鑄鐵排水管頂部焊接，將排水管作為鐵塔防直擊雷引下線，并且已經全部銹蝕，地面焊點局部斷開。另外與鐵塔相連的扁鋼上纏繞一根銅芯線與配電柜的零線和地線連接。

管理中心總配電柜安裝于四層樓梯間，由供電部門引一根三相四線電源作為整個管理中心的供電電源，總配電柜零線與地線為同一線纜。

機房兼監控室位于管理中心1樓，機房有兩路電源引入，一路三相電源作為機房內照明、空調、計算機等設備用電，另一路從四樓總配電箱引一根單相電源為機房內的UPS供電，再由UPS給機房內的網絡設備、視頻監控設備供電。

管理中心引一根光纜通過光纖收發器與機房內路由器連接，作為與外界聯系和數據傳輸的通道。視頻監控系統現有兩個帶云臺監控點，分別安裝于管理中心樓頂和遠處室外石亭內，通過視頻線、控制線和電源線與監控室內監控主機連接。

電話系統現有十部電話，由電信局架空敷設線纜至管理中心大樓外接電話分線盒，再由室外分線盒內引電話線至各個辦公室。易受感應雷擊。

陸管局樞紐工程管理中心有一個直擊雷接地網和一個電信機房廢棄地網。直擊雷接地網由于銹蝕情況嚴重，接地電阻值測試為無窮大。電信機房廢棄地網接地電阻值為13歐姆。管理中心監控室內未裝防靜電地板，空調外殼、金屬門窗等未做等電位接地處理。

水廠建筑庫區側，處在LPZ0A區（無雷電防護區），易受來自水面滾雷侵襲，嚴重威脅到廠區設備及人員安全。

以上設備目前均無有效防雷措施，在雨季無法保障正常運行，因此急需實施防雷工程。

2建設內容和規模

陸水樞紐主壩防雷工程項目的內容包括：直擊雷防護、接地系統改造、監控攝像頭雷擊防護、等電位連接、感應雷防護、電源避雷器的配置、通訊信號線的防護、室外線纜屏蔽改造，共需資金137733.00元。

3建設條件

3.1鐵塔接地引下線不規范造成設備損壞

陸管局樞紐工程管理中心樓頂安裝有一通信鐵塔，作為管理中心防直擊雷防護措施，鐵塔是利用大樓的兩根排水管作為接地引下線，并且全部銹蝕損壞，未能達到GB50057-94（2000年版）、GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》要求，當鐵塔遭受雷擊時，會將強大的雷電流沿著接地排水管泄入大地，在泄放過程中會在排水管周圍產生強大的電磁場，由于排水管與地網相連接處已全部銹蝕損壞，不能及時將雷電流泄放入大地，就使雷電流感應到附近的金屬物和金屬線纜內，而通過金屬線纜直接進入微電子設備，而導致微電子設備損壞（如監控攝像頭及電話機等）。

3.2總配電柜接地線與鐵塔引下線連接造成設備損壞

陸管局樞紐工程管理中心總配電柜三相四線（零地合一）電源制式，配電柜接地線通過一根銅芯線與鐵塔引下線連接，當鐵塔遭受雷擊時，強大的雷電流會沿著連接配電柜的銅芯線直接進入配電系統的零線和地線，造成配電系統零線與地線上的電位升高，而導致設備損壞。

3.3未進行等電位連接造成設備損壞

陸管局樞紐工程管理中心所有設備在室內都未進行等電位連接，當雷擊發生時，機房內的電子設備就會處于不同的地電位水平，電位差就會在設備之間產生電壓反擊，而導致設備損壞。

3.4監控攝像頭損壞

3.4.1陸管局樞紐工程管理中心監控系統信號線纜都是套PVC管沿墻敷設，易遭受感應雷擊；

3.4.2監控攝像頭信號線纜與鐵塔引下線交叉敷設且沒有采取屏蔽措施，當鐵塔遭受雷擊或附近地區遭受雷擊時，雷電流所產生的強大電磁場脈沖，將會在信號線纜中感應電流，直接導致監控攝像頭損壞；

3.4.3部分攝像頭安裝在LPZ0A區（無雷電防護區），被直接雷擊損壞；

3.4.4原攝像頭無直擊雷擊防護裝置、無感應雷擊防護裝置、無接地裝置。

3.4.5接地線線徑過細造成設備損壞

陸管局樞紐工程管理中心設備總接地線線徑為4平方毫米銅芯線，連接方式多為纏接至設備上，在泄放雷電感應電流時，由于線徑過細和接觸電阻過大而不能及時的將雷電感應電流泄放到大地，造成雷電感應電流反擊，導致設備損壞。

3.4.6防雷器選型及連接線不規范造成設備損壞

陸管局樞紐工程管理中心系統上共安裝了二套電源防雷器，一套安裝在總配電進線電源上，另一套安裝在監控室UPS電源進線電源上，安裝在總配電進線電源上的電源防雷器為40KA二級電源防雷箱，與被保護設備的連接線和接地線均采用4平方銅芯線連接，并且連接長度為4米左右，當雷電流大于40KA時，此防雷箱由于承受能力有限根本起不到應有的防護效果，另外由于連接線纜過細和過長，而不能及時的將雷電感應電流泄放到大地，造成雷電感應電流反擊，導致設備損壞，且經初步查看分析此防雷箱已被雷擊損壞，不能起到保護作用。

根據 GB50343-2004《建筑物電子信息系統防雷技術規范》要求及陸管局樞紐工程管理中心的地理位置，總配電進線電源處電源防雷器應選用通流量在80KA以上的一級電源防雷器，與被保護設備的相線和零線連接線應采用不小于16平方多股銅芯線，地線連接線應采用不小于25平方多股銅芯線。

3.4.7電話線纜架空敷設造成設備損壞

陸管局樞紐工程管理中心的電信分線盒安裝于室外墻壁上，所有電話線纜均架空至室內辦公室，當有雷擊在附近產生時，強大的感應電流會沿著架空電話線纜進入室內，而直接導致電話機損壞，并且很容易造成人員人身傷害。

3.4.8接地系統不良

良好的接地裝置是一切通信設備安全運行的基礎，無論是電器回路，直擊雷電流、感應雷電流的泄放，均要依靠接地裝置來完成。

陸水湖壩區系巖石地質，土壤狀況復雜，雷電環境惡劣，土壤電阻率大于3000歐姆米。傳統的接地裝置不能有效泄放雷擊電涌電流，使壩區設備及電源、電子設備在運行中存在著重大的安全隱患，造成設備頻遭雷擊。至今為止，人們對其重要性還認識不足，把接地視為“簡單” 的技術，如深入探究接地可知，它是一門十分復雜且系統性較高的技術。

4設計依據和原則

4.1列舉設計依據。

本方案主要依據國家有關標準及各行業標準，具體有： 建筑物防雷設計規范 GB50057-94（2000年版）； 建筑物電子信息系統防雷技術規范 GB50343-2004； 電子計算機機房設計規范GB50174-93； 計算站場地安全要求GB9361-88；計算站場地技術文件GB2887-89；計算機信息系統防雷保安器GA173-1998；雷電電磁脈沖的防護IECI312；過電壓保護器VDE0675。

4.2說明設計原則

以合理的技術手段，有限的資金，減少雷擊的危害。

5設計方案

5.1直擊雷防護技術方案

5.1.1陸管局樞紐工程管理中心已經安裝有一鐵塔，作為直擊雷防護措施，由于銹蝕損壞，需重新安裝QBT.S6000型<強寶藤森>主動式屏蔽扼流優化避雷針，并對鐵塔進行修繕、涂裝。安裝可靠的引下；

5.1.2在水廠建筑北面（庫區側迎水面），安裝QBT.S6000型<強寶藤森>主動式屏蔽扼流優化避雷針，針高5M，并與避雷帶做不少于二處連接，防止滾雷侵襲。

5.1.3安裝可靠的引下：采用40X4鍍鋅扁鋼或φ8鍍鋅元鋼做避雷針設引下線，接至接地網。

5.2接地系統改造

良好的接地裝置是一切設備安全運行的基礎，無論是電氣回路，直擊雷電流、感應雷電流的泄放，均要依靠接地裝置來完成。

5.2.1接地總體說明

根據對現場的勘察結果進行分析，綜合比較各種接地方式，為了更好的減小雷電干擾，宜采用《新型突波吸收接地系統》。

該《突波吸收接地系統》根據電荷中合放電、傳導原理，利用地球導電性和巨大的電容器機能的特性，克服了現有技術之不足，在一套接地系統中采用先吸收、再泄放的技術方案，實現電氣接地和電涌沖擊接地兩種功能，且在各種土壤電阻率的環境中特別是在土壤電阻率較高的環境中均有良好的接地效果，具有地電位低、設計簡單、安裝方便、檢測準確、工作可靠及制作成本低的優點。

突波吸收接地系統與現有接地技術的根本不同之處在于：通過JDM3000型高效接地模塊水平敷設與垂直安裝的JD6000地電位限制器進行聯接，構成完善的接地系統。當發生雷擊時，JD6000所發生的電容效應，能迅速實現高頻雷電流波頭的吸收，JDM型高效接地模塊通過電暈閃爍迅速吸收、泄放較大能量的低頻雷電流。把地電位反擊電壓抑制在較低水平。

JDM型高效接地模塊、JD6000型地電位限制器是通過高分子電解材料及高分子活性物質與非金屬低阻材料的有機結合，并經先進的技術配方以及加工工藝生產制造，能與土壤實現良好的化學反應式溶合，具有對土壤的高吸附性能和保濕性能，易獲得較低接地電阻，且始終保持接地系統處于穩定的低阻狀態。突波吸收接地系統及JDM、JD3000產品為本公司獨創，擁有自主知識產權，且已獲國家發明專利。（國家專利：ZL2006 2 0096483.0）

5.2.2接地技術方案

由于陸水湖壩區系巖石地質，土壤電阻率較高。根據GB50057-94（2000年版）建筑物防雷設計規范第3.3.4條 要求，地網改造后，接地電阻<10。

5.2.3陸管局樞紐工程管理中心新辦公樓接地網（暫不做）

沿新辦公樓周邊安裝突波吸收聯合接地系統，并與建筑物不少于二處連接。設計要求：聯合接地系統由JD6000地電位限制器1套、JDM3000型高效接地模塊16塊及40×4 mm鍍鋅扁鋼構成，并采用JDZF增效防蝕劑進行防蝕降阻處理。防直擊雷接地，防雷電感應、電氣設備、信息系統等接地分別接入同一共用接地裝置，并宜與埋地金屬管道相連，直擊雷引下線接入JD6000地電位限制器上。

5.2.4陸管局水庫工程管理中心老樓接地網

實踐證明，傳統的接地線，當電涌電流入地時，大地向接地裝置提供電荷，由于接地裝置與大地的接觸界面上存在瓶頸效應（特別是土壤電阻率較高的地區），使地電位提高，造成地電位反擊、地電位不穩定、抗干擾能力差等，對電子設備的危害嚴重?，F有接地電阻測量裝置所測接地電阻是否能完整地表征接地裝置接地能力？將作如下討論：在大量的試驗基礎上所給出的答案是，單一的接地裝置和接地線，在達到“規定的”接地電阻的情況下，并不能說明接地狀態符合要求，如：接地體（線）在接觸不良、接地體銹蝕、接地體截面積過小等狀況下，“接地電阻”經搖表測試，雖能達到阻值要求，但已失去接地功能。因此，管理中心老樓處于雷擊高發區，須對接地系統進行改造，以確保人員及設備安全。

接地網安裝位置選擇在左邊花壇和屋后山地中，此處地面為土壤，容易開挖建設接地網。并與建筑物不少于二處連接，設計要求：聯合接地系統由JD6000地電位限制器1套、JDM3000型高效接地模塊10塊及40×4 mm鍍鋅扁鋼構成，并采用JDZF增效防蝕劑進行防蝕降阻處理。防直擊雷接地，防雷電感應、電氣設備、信息系統及監控系統等接地分別接入同一共用接地裝置，并宜與埋地金屬管道相連，避雷針引下線接入JD6000地電位限制器上。

5.2.5水廠接地網

接地網安裝位置選擇在建筑物北面屋后花壇中，此處為土壤，容易開挖建設接地網。并與建筑物不少于二處連接，設計要求：聯合接地系統由JD6000地電位限制器1套、JDM3000型高效接地模塊4塊及40×4 mm鍍鋅扁鋼構成，并采用JDZF增效防蝕劑進行防蝕降阻處理。防直擊雷接地，防雷電感應、電氣設備、信息系統及監控系統等接地分別接入同一共用接地裝置，并宜與埋地金屬管道相連，避雷針引下線接入JD6000地電位限制器上。

5.2.6西北門衛接地網

接地網安裝位置選擇在建筑物側面花壇中，此處為土壤，容易開挖建設接地網。并與建筑物不少于二處連接，設計要求：聯合接地系統由JD6000地電位限制器1套、JDM3000型高效接地模塊6塊及40×4 mm鍍鋅扁鋼構成，并采用JDZF增效防蝕劑進行防蝕降阻處理。防直擊雷接地，防雷電感應、電氣設備、信息系統及監控系統等接地分別接入同一共用接地裝置，并宜與埋地金屬管道相連，監控系統接地線接入JD6000地電位限制器上。

6施工要求

地網因地勢盡量擴大面積；接地網開挖深度約0.8米，接地模塊不小間距于5米，接地體周圍輔以增效防蝕劑包裹，以增強接地效果，扁鋼與扁鋼的搭接長度不小于80mm，所有的焊點均做防腐處理；地網引極設測試斷卡，引下線自地面1，8M處安裝絕緣套管。從各斷接卡上引32平方毫米、16平方毫米的多股銅芯線總配電柜和一樓監控遙測室接等電位匯集排，分別作為配電系統接地和監控室防雷接地引上線；接地網安裝完畢后，將挖泥土進行回填夯實。

其中JD6000地電位限制器（國家專利：ZL2006 2 0096483.0）是在常規等離子接地極的基礎上發展的一種新型高效接地置，具有吸收雷電波頭、限制地電位升高及接地電阻低的功效， JD6000包含三大核心技術，安裝在電涌接入點，其技術特征如下：接地效率相當于常規等離子接地極的1.5倍；電容效應相當于超高壓、大容量電容器；限壓能力相當于200KA非線性放電裝置，能實現較穩定的基準電位。在土壤電阻率較高區域內具的良好的接地表現，特別適合變電站、通訊、軍事及高山臺站等土壤電阻率較高環境的接地?，F有的接地系統中，在電涌接入點安裝JD6000接地效果明顯提高。并具有效穩定的基準電位。

7監控攝像頭雷擊防護

壩區擬安裝14個監控攝像頭，所處安裝點雷擊頻發、電磁場環境惡劣，原有監控攝像頭均被雷電擊壞，因此，現安裝的監控攝像頭必須進行整體、多層次防護，具體措施：

安裝接閃器以防止雷擊攝像頭；安裝屏蔽罩，以防止電磁脈沖侵入；信號線、視頻線、電源線采用屏蔽線接入，以防止電涌危害；接地線采用16平方毫米的多股銅芯線穿鐵管接入地網，以防止反擊危害。

8等電位連接

根據《建筑物防雷設計規范》第六章 防雷擊電磁脈沖：第三節 屏蔽、接地和等電位連接的要求：第6.3.4條規定，所有進入建筑物的外來導電物均應在LPZ0A區或LPZ0B區與LPZ1區的界面處做等電位連接；信息系統的的各種箱體、殼體、機架等金屬組件應建立一等電位連接網絡，并與建筑物的共用等電位接地系統可靠電氣連接，連接至少2處。具體措施：

在監控室內沿墻腳敷設一組接地等電位均壓環，形狀為口字型結構，材料采用30mm×3mm 紫銅排，將機房內的所有信號屏蔽線、電源PE線、機房內的設備外殼、機架、蓄電池架、金屬門窗防盜網等可導電金屬構件就近與均壓環進行電氣連接。連接線采用6mm2黃綠雙色接地多股銅芯線。

將所有進入建筑物的通信電纜及線纜用金屬管道進行屏蔽，并將所有的金屬管道在進入建筑物之前，就近接地。接地網采用聯合地網，目的是消除各地網之間的電位差，保證設備不因雷電的反擊而損壞。

9感應雷防護

從 EMC （電磁兼容）的觀點來看，由外到內可分為幾級保護區。建筑物外部是直擊雷的區域，在這個區域內的設備最容易遭受損害，危險性最高，是暴露區，為 0 區；建筑物內部為非暴露區 ， 可將其分為 1 區、 2 區，越往內部，危險程度越低。電源線路是雷電過電壓侵入的主要途徑之一。從配電室低壓輸出端到機房設備端，必須實行分級保護，才能將雷電過電壓降低到設備能夠承受的水平。

10電源避雷器的配置

10.1總配電電源進線的防護（第I級）

依據GB5057-94（2004年版）《建筑物防雷設計規范》第6.4.7條所述：在LPZ0A區或LPZ0B區與LPZ01區交界處，應選用標稱放電電流不宜小于80KA（8/20 us），因此在室外配電箱的三相電源進線端安裝1套QBA1003/200型防雷箱（三相五線、帶零地保護、帶聲光報警、相位顯示等裝置），在整個防雷系統中起到根本的作用是當發生強度很大的雷擊時，使產生于供電線路（相線、零線）上的感應雷電流，在進入總配電箱之前就迅速地泄放入地，穩定可靠的發揮大通流量泄流的作用，將殘壓限制在最低。

10.2 機房電源進線的防護（第II級）

在一樓機房的三相電源進線端安裝1套QBA1003/100型II類高能低殘壓型防雷箱，由于I級防雷器在泄放供電線路上高能量的雷電流時，在防雷器兩端所呈現的殘壓仍然很高，仍可能大大超過被保護設備所能承受的最高耐壓值，因此II級防雷器通過再次泄流而降低線路上的殘壓，進一步降低真正到達設備供電端口的浪涌電壓值，使之小于設備耐壓值，從而在發生雷擊時，使設備遭受損壞的可能性大大減小。

10.3 UPS電源防護（第III級）

UPS電源為遙信室內的所有重要電子設備提供穩定的電源，因此UPS的防護十分重要，在監控室UPS單相電源進線端安裝1套QBAM201/（1+N）型III類電源防雷模塊，對UPS電源起到很好的保護作用。

10.4 重要電子設備電源防護（第IV級）

用電設備的末級防雷，這也是系統防雷中最容易被忽視的地方，現代的電子設備都使用很多的集成電路和精密的元件，這些器件的擊穿電壓往往只是幾十伏，最大允許工作電源也只是mA級的，若不做精細的防雷保護，由經過前級防雷而進入設備的雷擊殘壓仍將有千伏之上，這將對后接設備造成很大的沖擊，并導致設備的損壞。單相的用電設備，可以采用插座式防雷器串聯在設備前端作為精細級電源防雷器，其目的是將雷電及其他浪涌電壓限制到對設備沒有損害的水平，特別是對日常天天發生的電源系統操作過電壓、電源高次諧波等具有限制和保護作用，可以延長設備的正常使用壽命，減少運行維護成本。因此建議在每個設備機柜的插座上安裝1套QBA6P10A， 未級防雷器對重要設備起到精細保護的作用。

11通訊信號線的防護

根據機房的具體情況，主要考慮由室外引入的光纖、監控攝像頭線路和電話線路的防雷保護。避雷器主要串接在線路的兩端設備的接口處。

11.1 陸管局樞紐工程管理中心的數據傳輸采用光纖傳送，輸入光纖端口加強筋應良好接地，以保護光端機設備。

11.2 陸管局樞紐工程管理中心監控攝像頭為帶云臺攝像機，有視頻線纜、控制線纜及電源線纜，因此在每個監控攝像頭室外端及室內端各安裝1套QBSV-3/220-12（24）信號避雷器，此避雷器為視頻、控制線纜及電源線纜三種防護為一體，共4套，并良好接地，以避免因雷擊感應或電磁場干擾沿監控攝像頭的信號線竄入而毀壞攝像機及室內監控設備。

11.3 陸管局樞紐工程管理中心所有電話線均從室外電信分線盒引至各辦公室，由于是架空引入容易遭受雷擊損壞電話機和危害人身安全，因此在室內電話線端口安裝RJ11-120信號避雷器，共4套，并良好接地，以避免因雷擊感應或電磁場干擾沿電話線竄入而毀壞電話機。

參考文獻

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