尹 群

(上海優(yōu)泰歐申機(jī)電有限公司, 上海 201600)

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超高層建筑的智能化防雷

尹 群

(上海優(yōu)泰歐申機(jī)電有限公司, 上海 201600)

介紹了超高層建筑在電涌保護(hù)運(yùn)行管理中面臨的問題,闡述了上海中心大廈項(xiàng)目中的歐申雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng),提出了針對電涌保護(hù)器劣化的有效解決方案,分析了超高層建筑中雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)的特點(diǎn)和組網(wǎng)技術(shù),通過智能網(wǎng)關(guān)將RS-485總線信號轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)信號,通過光纖上傳到主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。

高層建筑; 雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng); 電涌保護(hù)器; 經(jīng)典網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

0 引 言

超高層建筑的建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜,各種電氣、電子設(shè)備密集分布,樓宇自動化管理程度高,電子電氣設(shè)備容易受線路上的各種過電壓和空間電磁脈沖干擾的影響,其高度決定了超高層建筑受雷擊的概率大。所以,工程設(shè)計(jì)人員都以國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》[1]中最高的A類建筑進(jìn)行防雷保護(hù)的設(shè)計(jì),以提高防雷的攔截效率。

超高層建筑防雷的重要性已被人們廣泛接受,但安裝電涌保護(hù)器(Surge Protective Device,SPD)以后的運(yùn)行安全卻很少有人關(guān)注。本文結(jié)合上海中心大廈,探討了歐申雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)如何運(yùn)用智能化的技術(shù),實(shí)現(xiàn)超高層建筑的防雷。

1 建筑電氣防雷保護(hù)現(xiàn)狀

國內(nèi)現(xiàn)有建筑電氣防雷設(shè)施運(yùn)行管理水平落后,普遍存在重安裝輕維護(hù)管理的現(xiàn)象,導(dǎo)致用戶花費(fèi)了大量的經(jīng)費(fèi),防雷保護(hù)效果并不理想,甚至還因SPD過載后的故障導(dǎo)致次生災(zāi)害的發(fā)生,如起火事故,主要災(zāi)害的發(fā)生有以下兩方面原因。

(1) 常見防雷設(shè)施的維護(hù)手冊和用戶內(nèi)部維護(hù)規(guī)則,都會要求定期由維護(hù)人員對防雷設(shè)施進(jìn)行現(xiàn)場檢測和檢查。對于小規(guī)模的防雷系統(tǒng),可以滿足多頻次的巡視檢查,但對于大規(guī)模的防雷系統(tǒng),人工檢查的方式存在兩個(gè)明顯的問題:① 耗費(fèi)大量的人力,周期長,檢查人員的檢測設(shè)備是否專業(yè),檢測的質(zhì)量是否保證,特別是大規(guī)模設(shè)施以及超高層建筑,配備SPD的配電箱及設(shè)備數(shù)量龐大。因此,實(shí)際情況是多數(shù)用戶最后都放棄了定期檢查;② 即使經(jīng)常檢查,但是在雷雨季節(jié)中雷擊是無規(guī)律的,同時(shí)由于SPD本身的非線性特性,使得SPD的劣化程度無法在現(xiàn)有參數(shù)的基礎(chǔ)上預(yù)測,SPD遭受雷擊損壞也是分散特性,維護(hù)人員不可能通過一二次檢查來避免雷擊事故。所以,提高檢測手段的技術(shù)水平是目前實(shí)現(xiàn)安全防雷迫切而又現(xiàn)實(shí)的需要。

(2) 電源SPD在劣化失效過程中,如果過載失效后的熱保護(hù)和過電流保護(hù)裝置不能有效動作,SPD會發(fā)生燃燒起火的現(xiàn)象。由于目前電源SPD的核心保護(hù)元件基本都是氧化鋅(ZnO)的壓敏電阻(MOV),該類元件最終的劣化現(xiàn)象就是擊穿短路,在工頻電流下溫度達(dá)幾百攝氏度,導(dǎo)致塑料外殼燃燒。雖然SPD要求設(shè)置熱脫扣(熱保護(hù))裝置和過電流保護(hù)裝置,但由于目前部分SPD供應(yīng)商失效保護(hù)技術(shù)落后,導(dǎo)致一旦電源SPD過載失效短路,后備保護(hù)常常形同虛設(shè)。避免電源SPD過載后的短路和過電流,是杜絕電源SPD發(fā)生火災(zāi)、斷電事故的關(guān)鍵。

2 項(xiàng)目概況

上海中心位于上海浦東陸家嘴金融貿(mào)易區(qū)核心區(qū),主體建筑總高度為632 m,地上127層,地下5層,總建筑面積為57.6萬m2,集辦公、酒店、會展、商業(yè)、觀光等功能于一體。業(yè)主在進(jìn)行防雷系統(tǒng)招標(biāo)時(shí),除了對防雷技術(shù)參數(shù)提出了較高要求外,特別提出了針對超高層建筑最關(guān)心的電氣安全問題,其中就有能否避免SPD由于劣化可能發(fā)生的起火事故。最終業(yè)主方和總包方采用歐申雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng),特有的電源SPD劣化預(yù)警技術(shù)能完全滿足業(yè)主方的要求,同時(shí)智能網(wǎng)關(guān)服務(wù)器解決了上海中心近3 000個(gè)保護(hù)點(diǎn)連續(xù)、高速采集數(shù)據(jù)的難題。

3 雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)

3.1 使用的新技術(shù)

歐申雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)采用工業(yè)級的數(shù)據(jù)采集與監(jiān)控系統(tǒng)(Supervisory Control And Data Acquisition,SCADA),現(xiàn)場數(shù)據(jù)通過RS-485到達(dá)智能網(wǎng)關(guān)服務(wù)器。該服務(wù)器將前端數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和緩存,同時(shí)作為工作站進(jìn)行局部監(jiān)控;網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將處理后的數(shù)據(jù)通過以太網(wǎng)高速網(wǎng)絡(luò)傳輸至管理中心的監(jiān)控管理平臺,實(shí)現(xiàn)集中管理、分散控制。通過對SPD運(yùn)行參數(shù)的準(zhǔn)確測量,實(shí)現(xiàn)SPD使用狀態(tài)、劣化過程的實(shí)時(shí)監(jiān)測,采用“性能劣化預(yù)警”和“完全失效報(bào)警”的二級報(bào)警方式,實(shí)現(xiàn)雷電保護(hù)的連續(xù)性、安全性,提高運(yùn)行維護(hù)的智能化、網(wǎng)絡(luò)化,同時(shí)降低了運(yùn)行維護(hù)的成本。

(1) 提供預(yù)警和報(bào)警二級報(bào)警方式。預(yù)警是指在SPD完全劣化失效前,測量參數(shù)達(dá)到預(yù)設(shè)閾值,系統(tǒng)輸出性能劣化預(yù)警,避免SPD因完全劣化后可能引起的次生災(zāi)害,如電源SPD起火以及信號SPD的中斷,此時(shí)仍有防雷保護(hù)功能。報(bào)警是指SPD完全劣化后,通過開關(guān)量信號輸出報(bào)警,而防雷保護(hù)功能停止。

(2) 科學(xué)的測量技術(shù)。作為一種預(yù)警模式的檢測技術(shù),可以完全滿足100%安全防雷的要求。電源SPD的保護(hù)器件主要是MOV。根據(jù)GB/T 27746—2011《低壓電器用金屬氧化物壓敏電阻器(MOV)技術(shù)規(guī)范》[2],判別MOV故障與劣化有6種模式,而唯一可以在工程中采用的是剩余電流爬升失效模式。通過測量每個(gè)防雷模塊的剩余電流指標(biāo),從而準(zhǔn)確判別SPD使用壽命,發(fā)出劣化預(yù)警和失效報(bào)警信號。對于信號SPD,通過讀取沖擊電流的幅值和波形系數(shù),對其使用壽命做出檢測和預(yù)警。

(3) 針對防雷系統(tǒng)而設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集和通信設(shè)備。采用高精度的電流互感器作為測量SPD參數(shù)的傳感器,RS-485通信端口和智能網(wǎng)關(guān)的網(wǎng)絡(luò)通信接口采用隔離技術(shù)來防止感應(yīng)電涌沖擊,系統(tǒng)采用獨(dú)立12 V供電。各項(xiàng)措施都為了避免測量單元和數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備在SPD泄放電涌時(shí),強(qiáng)大的脈沖電流對A/D高速轉(zhuǎn)換芯片等低壓元件造成電磁干擾損害。如與第一級電源SPD安裝在一起的數(shù)據(jù)采集終端,可以在SPD通過25 kA(10/350 μs)電流時(shí)仍正常工作[3-4]。

(4) 科學(xué)、靈活、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。智能網(wǎng)關(guān)服務(wù)器將前端各種SPD的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行本地處理,減輕了后臺軟件的處理壓力,避免數(shù)據(jù)集中報(bào)警時(shí)運(yùn)行緩慢,甚至死機(jī)。智能網(wǎng)關(guān)具備數(shù)據(jù)處理和報(bào)警的功能,即使主機(jī)癱瘓,也可以實(shí)現(xiàn)子站的獨(dú)立工作和數(shù)據(jù)保存。

(5) 強(qiáng)大的雙向兼容性。除了SPD的狀態(tài)監(jiān)測,智能網(wǎng)關(guān)還可以接受其他(如視頻監(jiān)控、機(jī)房參數(shù)監(jiān)控、大樓BA管理等)標(biāo)準(zhǔn)信號輸入。SPD數(shù)據(jù)采集終端也可以作為獨(dú)立前端測量單元,提供標(biāo)準(zhǔn)RS-485通信協(xié)議,接入第三方的監(jiān)控系統(tǒng)。

3.2 超高層建筑安全防雷的選擇

針對超高層的特殊性,結(jié)合上述雷電保護(hù)設(shè)施運(yùn)行維護(hù)上存在的安全和管理方面的要求,提出了用自動化技術(shù)手段代替人工操作,用計(jì)算機(jī)代替人工管理,從而完全實(shí)現(xiàn)防雷保護(hù)設(shè)施24 h安全運(yùn)行,提高防雷安全管理水平。

超高層建筑雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)應(yīng)具備以下功能:

(1) 電源SPD劣化過程預(yù)警。應(yīng)通過測量SPD運(yùn)行參數(shù),對SPD的劣化過程進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測,在SPD完全失效前提供預(yù)警,提供維護(hù)人員足夠時(shí)間進(jìn)行故障隱患的事先排除,實(shí)現(xiàn)100%防雷安全。

(2) 電源SPD完全失效報(bào)警。

(3) 電源SPD外置過電流保護(hù)裝置的狀態(tài)監(jiān)測及報(bào)警。

(4) 監(jiān)測防雷模塊的插拔狀態(tài),避免人為誤拔插。

(5) 室內(nèi)感應(yīng)雷的雷擊計(jì)數(shù)功能,同時(shí)記錄雷擊時(shí)間,用作本地過電壓沖擊密度分析、雷擊事故分析的參考數(shù)據(jù)。

(6) 整個(gè)系統(tǒng)通信狀態(tài)監(jiān)測,實(shí)時(shí)監(jiān)測每個(gè)通信節(jié)點(diǎn),對網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)通信狀態(tài)進(jìn)行管理和故障報(bào)警。

需要的軟件功能如下:

(1) 顯示每個(gè)SPD的平面和立體空間位置,便于維護(hù)人員查找。

(2) 記錄每個(gè)SPD和通信節(jié)點(diǎn)的運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行參數(shù)、報(bào)警記錄、維護(hù)更換記錄。

(3) 各種預(yù)警、報(bào)警功能,軟件可以設(shè)置屏幕虛擬聲光報(bào)警、短信輸出報(bào)警、自動郵件報(bào)警、電話報(bào)警、輸出外接報(bào)警設(shè)備,實(shí)現(xiàn)多通道同步分級報(bào)警與定向報(bào)警。

(4) 系統(tǒng)內(nèi)置運(yùn)行日志,實(shí)現(xiàn)歷史事件記錄、存儲、查詢、列表、統(tǒng)計(jì)、自動報(bào)表生成、歷史數(shù)據(jù)分析。

(5) 先進(jìn)的管理功能,支持權(quán)限分級管理、查詢,實(shí)現(xiàn)對整個(gè)系統(tǒng)的高效管理。

3.3 經(jīng)典的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)架

超高層建筑中使用的SPD數(shù)量多,布線距離長,故合理的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)尤為重要。上海中心的雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)采用RS-485總線方式進(jìn)行信號傳輸,通過智能網(wǎng)關(guān)將RS-485總線信號進(jìn)行數(shù)據(jù)處理后轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)信號,通過光纖上傳主機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。系統(tǒng)主要由感知層、中間層、應(yīng)用層組成[5-6]。

雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

(1) 感知層。各種防雷設(shè)施及數(shù)據(jù)監(jiān)測終端,包括電源SPD及其數(shù)據(jù)采集終端、信號SPD及其數(shù)據(jù)采集終端以及接地電阻、等電位、直擊雷記錄等。

(2) 中間層。負(fù)責(zé)將現(xiàn)場前端設(shè)備的RS-485總線信號進(jìn)行數(shù)據(jù)本地處理,然后轉(zhuǎn)換成TCP/IP網(wǎng)絡(luò)傳輸信號,送達(dá)應(yīng)用層,從而實(shí)現(xiàn)設(shè)備綜合組網(wǎng)、地址查詢等功能。中間層主要由智能網(wǎng)關(guān)服務(wù)器及為前端設(shè)備集中供電的開關(guān)電源組成。

(3) 應(yīng)用層。提供Windows操作界面及專用軟件,可進(jìn)行人機(jī)對話,具有實(shí)時(shí)在線監(jiān)控功能,包括監(jiān)控主機(jī)(Windows操作界面主機(jī))、防雷管理軟件(進(jìn)行綜合防雷信息處理,并提供友好的人機(jī)對話界面)、數(shù)據(jù)庫和服務(wù)器(可建立獨(dú)立數(shù)據(jù)庫,保存監(jiān)控范圍內(nèi)防雷設(shè)施的綜合數(shù)據(jù))。

4 結(jié) 語

本文介紹了上海中心大廈項(xiàng)目中采用的電源SPD智能化管理系統(tǒng),分析了超高層建筑在電涌保護(hù)運(yùn)行管理中面臨的問題。提出歐申雷電保護(hù)智能管理系統(tǒng)的電源SPD劣化預(yù)警技術(shù)能完全滿足業(yè)主方的要求,智能網(wǎng)關(guān)服務(wù)器解決了上海中心近3 000個(gè)保護(hù)點(diǎn)連續(xù)、高速的數(shù)據(jù)采集。

[1] 建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范:GB 50343—2012[S].

[2] 低壓電器用金屬氧化物壓敏電阻器(MOV)技術(shù)規(guī)范:GB/T 27746—2011[S].

[3] 馬林.住宅小區(qū)低壓配電系統(tǒng)防雷措施[J].現(xiàn)代建筑電氣,2015,6(8):12-14.

[4] 曾旭東.電源電涌保護(hù)器沖擊電流和標(biāo)稱電流的確定[J].現(xiàn)代建筑電氣,2015,6(1):17-18.

[5] 高云鵬，崔浩，章程.計(jì)算機(jī)機(jī)房防雷檢測注意事項(xiàng)[J].現(xiàn)代建筑電氣,2015,6(4):47-48.

[6] 吳超.軌道交通防雷、防靜電檢測技術(shù)[J].現(xiàn)代建筑電氣,2015,6(12):29-31.

Intelligent Lightning Protection of Super High-rise Building

YIN Qun

(Shanghai Eurotect Electric Co., Ltd., Shanghai 201600, China)

This paper introduced the problems of surge protection management in high-rise building.The Eurotec intelligent lightning protection management system used in Shanghai Tower was elaborated,and the effective solution for the degradation of surge protective device was proposed.The characteristics and networking technology of the intelligent lightning protection management system were analyzed in high-rise building.The RS-485 bus signal is converted into the standard network signal through the intelligent gateway,and the standard network signal is transmitted to the host through the optical fiber,which realizes the real-time monitoring.

high-rise building; intelligent lightning protection management system; surge protective device; classic network architecture

尹 群(1969—),男,工程師,從事220/380 V及以下配電和信號系統(tǒng)電涌保護(hù)器的研發(fā)及工程應(yīng)用。

TU 856

B

1674-8417(2016)11-0042-04

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.11.012

2016-09-26