王森，許源，王秋爽

（1.河北省大清河河務(wù)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(wù)管理處工情監(jiān)視系統(tǒng)防雷保護(hù)初探

王森1，許源1，王秋爽2

（1.河北省大清河河務(wù)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(jiān)視系統(tǒng)在水利樞紐的應(yīng)用，監(jiān)視系統(tǒng)的防雷保護(hù)需求越來越引起重視。對大清河管理處工情監(jiān)視系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的防雷保護(hù)措施進(jìn)行了相應(yīng)的介紹。

工情監(jiān)控系統(tǒng)；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(shè)了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，在處機(jī)關(guān)安裝了中轉(zhuǎn)服務(wù)器，為河北省水利廳、水利部海委等提供視頻畫面。監(jiān)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(xiàn)對遠(yuǎn)端視頻攝像機(jī)的操控。

由于3座水利工程特殊的地理環(huán)境，工情監(jiān)控系統(tǒng)更易遭受雷擊破壞。如果閘區(qū)汛期雷雨天氣頻繁，工情監(jiān)視系統(tǒng)遭受雷擊現(xiàn)象也會增多，導(dǎo)致防汛工作受到干擾，容易造成重大的經(jīng)濟(jì)損失。

2 雷擊對工情監(jiān)視系統(tǒng)的危害和后續(xù)影響情況

自大清河管理處工情監(jiān)視系統(tǒng)建設(shè)以來，曾多次發(fā)生設(shè)備、線路遭雷擊事件，近些年尤為嚴(yán)重。如，2008年6月，新蓋房樞紐工情監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭以及視頻轉(zhuǎn)換卡因雷擊損壞，致使新蓋房樞紐工情監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓；2011年7月，王村分洪閘工情監(jiān)控系統(tǒng)攝像頭電源被雷擊燒毀；2013年8月，棗林莊樞紐工情監(jiān)控系統(tǒng)由于雷擊6路無信號，云臺無法控制，導(dǎo)致視頻通信一度中斷。

以上事例都是短期雷擊造成設(shè)備嚴(yán)重?fù)p壞，這些雷擊無不導(dǎo)致相關(guān)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(yán)重危及防汛工作的正常進(jìn)行，如果遇到像2012年“7·21”暴雨這樣大的險情，后果將不堪設(shè)想。

3 雷擊的3種破壞形式及工情監(jiān)視系統(tǒng)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(dǎo)放電”后，大地又與雷云之間“主放電”，放電時間短，電流在數(shù)百千安以上，雷云直接向露天的監(jiān)控攝像頭或線纜上放電造成設(shè)備、線纜損毀。

第二種是感應(yīng)雷擊。雷云放電時，在附近導(dǎo)體上產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)等現(xiàn)象稱之為感應(yīng)雷擊，它可以使金屬部件之間產(chǎn)生火花而損害設(shè)備。有統(tǒng)計顯示，感應(yīng)雷擊約占現(xiàn)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(yīng)。電磁輻射產(chǎn)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(shè)備，造成工情監(jiān)視系統(tǒng)不能運(yùn)行。

3.2 工情監(jiān)視系統(tǒng)雷擊事故分析

這首先與電子信息技術(shù)的迅猛發(fā)展密切相關(guān)。隨著科技的不斷進(jìn)步，電子技術(shù)的發(fā)展日新月異，工情監(jiān)視系統(tǒng)設(shè)備越來越小巧、精密，其中使用了大量的半導(dǎo)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(huán)境有關(guān)。根據(jù)統(tǒng)計資料，獨(dú)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(chǎn)生的條件具備，雷閃放電極易在其附近發(fā)生。

三是防雷設(shè)施不完善，工程措施不到位。據(jù)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，近年雷擊損壞設(shè)備部位主要是工情監(jiān)視系統(tǒng)的前端和終端設(shè)備，電源線極少受損，雷電主要通過信號線侵入。前端設(shè)備損毀主要由直擊雷和感應(yīng)雷所致，終端設(shè)備損毀一般由感應(yīng)雷和雷擊電磁脈沖引起。

4 雷擊防護(hù)措施

4.1 前端設(shè)備防雷

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

4.2 傳輸線路防雷

工情監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控點比較分散并距中控室距離較遠(yuǎn)，前端設(shè)備的電源一般應(yīng)采取就近的方式供電。為了使線路的避雷效果達(dá)到最好，整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)、圖像傳輸應(yīng)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(shè)備損壞，應(yīng)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(yīng)接地，中間放大器輸入端的信號源和電源均應(yīng)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(yīng)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(shè)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(shè)備防雷

監(jiān)控室主要由計算機(jī)系統(tǒng)、供電設(shè)備、視頻光端機(jī)、硬盤錄像機(jī)等設(shè)備構(gòu)成。在工情監(jiān)控系統(tǒng)中，中控室的防雷最為重要，應(yīng)從直擊雷防護(hù)、感應(yīng)雷侵入、雷擊電磁脈沖多方面進(jìn)行。

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

監(jiān)控室內(nèi)應(yīng)設(shè)置一等電位連接母線（或金屬板)，該等電位連接母線應(yīng)與建筑物防雷接地、PE線、設(shè)備保護(hù)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(hù)器（避雷器)的接地線應(yīng)以最直和最短的距離與等電位連接母排進(jìn)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(nèi)部鋼筋及附設(shè)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(dǎo)電金屬就近進(jìn)行等電位連接。對于要求有屏蔽的系統(tǒng)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(shè)金屬網(wǎng)或其他能滿足屏蔽的措施，以合適路徑敷設(shè)線路，增加線路屏蔽。

5 結(jié)語

雷電對安全監(jiān)控系統(tǒng)的損害途徑是多方面的，筆者主要對大清河管理處監(jiān)控系統(tǒng)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(jiān)控系統(tǒng)的防雷保護(hù)技術(shù)進(jìn)行了相應(yīng)的介紹。需要說明的是，防需保護(hù)是一個比較復(fù)雜的問題，對監(jiān)控系統(tǒng)的防雷保護(hù)設(shè)計不僅取決于防雷裝置的性能，更重要的是在監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計施工之前就要考慮到監(jiān)控所處的地理環(huán)境，設(shè)計合適的線纜布放、屏蔽及接地方式?？傊览妆Ｗo(hù)設(shè)計應(yīng)綜合考慮，才能獲得良好的效果。

TP277；TV877

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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。