于桥水库大坝安全监测系统防雷设计及施工

　　一、概述
　　于桥水库位于天津蓟县城东4km的蓟运河左支流州河上，是一座大型水库。大坝安全监测系统现有渗流量、渗流压力、大坝变形、坝内砼防渗墙应力应变、内部水平位移等多项观测项目。其安全监测自动化采集系统采用分布式结构，分为一个控制中心，4个从站和8个测量控制单元。设备机房为新建钢筋混凝土结构，屋面无防直击雷设施。室内无等电位措施，经检测接地情况较差，接地电阻值较大。该设备机房共有五幢，建筑面积分别6㎡（2个）、15㎡（2个）、100㎡。建筑物最远间离2000m。每间设备机房单项电源供电，电源低压侧未安装任何防雷设施，极易遭受雷击，汛期系统容易发生故障。
　　二、现状分析
　　根据系统具体情况将从接闪器、引下线、侧击雷防护、屏蔽、等电位连接、浪涌保护器安装、接地装置等现场情况入手，结合设计规范进行防雷现状分析。
　　雷电的类型可分为直击雷击和二次雷击。带电云团对地面或地面上的物体直接放电时,称该处地面或该物体遭受直接雷击,或称为直击雷。二次雷击又分为静电感应雷击和电磁感应雷击。静电感应雷击是指：在雷击发生前,带电云团在高压输电线或者其他导电体上,感应了大量的电荷,并且与云团的电荷之间,达到一种平衡状态,雷击发生后,带电云团的电荷被快速泄放,平衡条件被破坏,输电线路上的电荷也将向两端泄放；因而使与之相邻的设备过电压而损坏。电磁感应雷击是指：雷击放电过程电压、电流的幅频特性非常陡峭、幅值高,其电磁辐射很大，雷击电磁波可在导体的两端产生极高的自感电势,从而造成设备的损坏。
　　三、避雷设计
　　1、接闪器
　　接闪器包括避雷针、避雷带和避雷网格，根据规范要求，机房直击雷防护措施采用针带结合的方式。安装ESE提前放电型避雷针与屋面避雷带有效结合。3个观测房分布在2公里区间，但层高仅为3米，直接在屋面安装避雷带。
　　2、引下线
　　应在建筑物外墙面设计安装引下线，引下线设计安装根数、间距按GB50057-94标准执行。
　　3、侧击雷防护
　　高度超过45米的钢筋混凝土结构、钢结构建筑物，尚应采取防侧击和等电位的保护措施，本建筑物高度低于45米，无需采取防侧击雷措施。
　　4、屏蔽措施
　　所有电源、信号和控制线、导体和电缆，不管是架空还是埋地都应通过至少3米的铁质导管进入设施。当线路有屏蔽时，通过每个SPD的雷电流可按确定的30%考虑。且进出建筑物的信号线缆，宜采用有金属屏蔽层的电缆，并埋地敷设，并在各界面处做等电位连接，需对信息线缆线路、供电线缆线路和机房空间进行屏蔽处理。
　　5、等电位连接 
　　均压和分流主要手段是等电位连接，可分防雷等电位连接和电气安全等电位连接。机房等电位连接有二种方式：S型和M型。M型连接适用于高频网络系统中，应改变等电位连接方式为M型连接。
　　6、安装浪涌保护器
　　当出现危及线路绝缘和设备的电位时，通过安装浪涌保护器（SPD）实现瞬态等电位连接，即出现危险电位时，SPD动作，以减少两端的电位差。因此安装浪涌保护器实际上等电位连接的一种措施，包括电源避雷器和信号避雷器。
　　7、接地装置
　　在采用联合接地情况下，接地电阻要小于4欧姆。
　　四、施工方案
　　1、外部防雷
　　水库闸坝所机房屋顶、1号观测室、2号观测室、3号观测室各安装避雷针一支，支撑杆采用Φ75*4*6000㎜热镀锌钢管制作，避雷针主体采用Φ20不锈钢钢元，长为1200㎜，相互之间电焊连接，焊接点防腐处理。避雷针引下线采用-4*40热镀锌扁钢与人工接地装置相连，电气连接良好，焊接点防腐处理。
　　2、内部防雷
　　2.1设备接地和等电位连接及安装浪涌保护器
　　根据现场情况以及各点设备重要性，安装电源防雷箱五只，分别位于闸坝所二楼机房、放水洞起闭机室、1号监测房、2号监测房、3号监测房。防雷箱内配有香港大恒VA60/2P电源一级防雷器，香港大恒VB40/2P电源二级防雷器，香港大恒VC20/2P电源三级防雷器。级与级之间配置安装有OWD.63A隔离电感，以协调级与级之间的能量分配。室内安装TD28等电位箱，避雷器接地线与TD28等电位箱相连，TD28等电位箱与室外人工接地相连，电气连接良好。
　　
　　
　　2.2信号系统避雷
　　在中心机房、观测房光端机232口信号至485口信号端口处安装香港大恒TD8-13信号级电涌保护器，对信号端口RS232及RS485进行保护；共14只。
　　所有光缆加强筋钢丝接地，利用接地导线将光纤加强筋与室内等电位箱相连。
　　2.3直流电源的避雷防护
　　在大坝安全监测系统的测量控制单元中，需要12V直流供电，所以须给MCU的12V电源适配器的12V直流电源安装直流电源浪涌保护器，防止雷电的侵入。
　　直流电源过电压保护器DCSP保护器利用快速响应的非线性压敏元件，保证直流系统正、负极间，正极与地间及负极与地间的电位差恒定，将直流系统中出现的暂态过电压限制到直流用电设备耐压水平以下，从而确保设备安全运行。
　　2.4屏蔽处理
　　为减少电磁干扰的感应效应，应对线路采取屏蔽措施，根据GB50057-94标准，线路经屏蔽处理后，其磁感应强度降低到未屏蔽时的30%，同时应该注意的是当线缆外穿金属管屏蔽时，应将屏蔽作用的金属两端接地，当系统要求一端接地时，应采用双层屏蔽措施，如果外金属管只一端接地，该金属只起到防止静电感应的作用，不能防止雷击电磁脉冲的冲击。本案传感器传输线路经过穿钢管埋地接入，应将金属管两端与接地可靠连接。
　　将所有房间内通信线更换为有屏蔽层的4芯信号电缆IRC-41A，且屏蔽层有效接地、与室内等电位箱相连；防止感应雷电的侵袭。
　　3、接地装置
　　新建人工接地装置四处，水库闸坝所、1号观测室、2号观测室、3号观测室。垂直接地体采用∠5*50*2500热镀锌角钢，水平接地体采用-4*40热镀锌扁钢，相互之间电焊焊接，焊接长度按规范要求，焊接点防腐处理。人工接地装置埋设深度为0.7米。垂直接地体相互之间间距为5米，人工接地装置总长大约10米。各点接地电阻均达到要求。　　
　　接地电阻测试记录表

　　说明：计量单位为Ω（欧姆）
　　检查意见：
　　符合图纸设计要求。
　　
　　四、大坝监测系统避雷措施
　　1. 直接雷电的防护
　　为减小或避免直接雷电对机房及观测房的侵袭，应考虑在建筑物附近设立接闪器（如避雷针、避雷网、避雷带等）、引下线和接地装置。在机房或观测房内，避雷装置和设备的地线应等电位连接。接地装置的接地阻抗要符合规范要求，接地电阻要小。
　　2. 埋入式传感器的避雷
　　2.1. 传感器电缆线使用屏蔽电缆，并且穿钢管铺设。
　　2.2. 在每个传感器附近安装传感器避雷器，地线就近与接地网相连。
　　3. 电源系统避雷
　　电源系统是最易遭受雷击和传导雷击的设施,应采取多级防护的原则。
　　在观测房及机房的220V交流电需配置隔离变压器和三级电涌保护器，并应该增加级间协调电感，自动化设备中电源引线上增加消除电涌的磁环。
　　4. 信号线的避雷
　　信号线尽量使用带屏蔽层的信号线，并且屏蔽层有效的接地，根据信号形式安装相应的信号线电涌保护器，地线接至等电位箱上。
　　5. 光缆雷电防护
　　光缆的金属加强芯,铠装金属壳,需有效接地，在条件允许下，光缆的两端加装相应的电涌保护器。
　　六、结束语
　　通过对于桥水库大坝安全监测系统防雷设计施工，以及安全管理系统的运行起到了很好的作用，在今后的防雷设计施工起到一定示范作用。