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        雷電維保設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)研究

        2021-01-26 05:44:16劉鴻斌王劍武胡爽查懷華胡俊
        科技風(fēng) 2021年2期
        關(guān)鍵詞:防雷裝置雷電防護(hù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

        劉鴻斌 王劍武 胡爽 查懷華 胡俊

        摘?要:本文是以《企業(yè)防雷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)》課題為依據(jù),通過(guò)閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數(shù),根據(jù)建筑物區(qū)域分布,利用精密儀器和大數(shù)據(jù)的分析處理,主要研究實(shí)驗(yàn)企業(yè)可能受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,利用監(jiān)測(cè)程序制錄入數(shù)據(jù),程序采用了SpringMvc+Mysql+Flink的技術(shù)體系搭建,通過(guò)Http接口接收設(shè)備發(fā)出的雷擊信號(hào)請(qǐng)求,并完成雷擊數(shù)據(jù)的入Mysql庫(kù)。多維度采集的信息,上報(bào)設(shè)備ID、發(fā)生時(shí)間、雷擊強(qiáng)度等。數(shù)據(jù)除了存儲(chǔ)到Mysql以外,同時(shí)會(huì)雙寫(xiě)錄入到Elasticsearch,實(shí)現(xiàn)基于SQL的查詢和全文基于內(nèi)容的搜索。Flink系統(tǒng)運(yùn)行SQL作業(yè),應(yīng)用風(fēng)險(xiǎn)算法模型,分析數(shù)據(jù)流,得到風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別,通過(guò)年度數(shù)據(jù)的分析,給出防雷站點(diǎn)合理性參數(shù),加強(qiáng)區(qū)域性防雷設(shè)施維護(hù),確保精細(xì)化儀器以及重點(diǎn)區(qū)的雷電防護(hù),提高防雷維保的重要性和完整性。

        關(guān)鍵詞:風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估;防雷裝置;雷電防護(hù);維護(hù)

        參照江蘇省氣象部門雷電資料,結(jié)合淮安市氣象監(jiān)測(cè)站50年雷暴日統(tǒng)計(jì),淮安市平均雷暴的天數(shù)值為37.8,淮陰卷煙廠自投運(yùn)以來(lái),建筑設(shè)備系統(tǒng)都不同程度地受到雷擊影響。有部分設(shè)備被雷電損壞,喪失運(yùn)作功能,重者全系統(tǒng)癱瘓,企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失慘重,給安全財(cái)產(chǎn)帶來(lái)隱患,淮陰卷煙廠創(chuàng)建于1945年,現(xiàn)擁有員工2400名,占地426.96畝,擁有固定資產(chǎn)原值11億元,年生產(chǎn)能力60萬(wàn)箱,為國(guó)家大型企業(yè),全國(guó)煙草行業(yè)36戶重點(diǎn)企業(yè)之一,是江蘇中煙工業(yè)公司重要組成部分,更突顯防雷設(shè)施維保的重要性,本課題通過(guò)閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數(shù),分析各種環(huán)境入手,為防雷維保系統(tǒng)構(gòu)建選擇提供思路,利用精密儀器和大數(shù)據(jù)的分析處理,研究該廠可能受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估,給出該站點(diǎn)代表合理性參數(shù),綜合運(yùn)用各種防雷技術(shù)和手段,加強(qiáng)區(qū)域性防雷設(shè)施維護(hù),增加精細(xì)化儀器保護(hù),形成一個(gè)綜合性的防雷系統(tǒng),達(dá)到預(yù)計(jì)的雷電防護(hù)效果,以此提高雷電維保的重要性和完整性。

        一、淮陰卷煙廠現(xiàn)有的防雷現(xiàn)狀

        淮陰卷煙廠位于城區(qū)開(kāi)闊地帶并且面積較廣,易受雷擊影響;廠區(qū)建筑安裝有雷電外部防護(hù),接地地網(wǎng)及雷電內(nèi)部防護(hù),但部分樓頂避雷帶倒伏,銹蝕嚴(yán)重;淮陰卷煙廠廠區(qū)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)控系統(tǒng),在引入通信線路過(guò)程中有些通過(guò)戶外明線引入的,線路電線雜,承重處連接在金屬構(gòu)件上,隱患很大,在引入配電接口過(guò)程中未安裝專用的信息信號(hào)浪涌保護(hù)器(SPD)做雷電防護(hù);淮陰卷煙廠廠內(nèi)的工作用電線路是由交流供電線路安裝,從遠(yuǎn)至近架空明線到煙廠廠區(qū)附近,再通過(guò)地埋引入廠區(qū)各建筑內(nèi),因淮陰卷煙廠地理位置處于空曠區(qū),理論上容易受到雷電感應(yīng)電磁脈沖的攻擊。

        淮陰卷煙廠在2020年市防雷技術(shù)專家現(xiàn)場(chǎng)勘查后認(rèn)為,淮陰卷煙廠的廠房直擊雷防護(hù)設(shè)施和防雷接地措施較為良好,但部分廠區(qū)內(nèi)施工車間樓頂避雷帶倒伏,銹蝕嚴(yán)重,雷電感應(yīng)防護(hù)措施和防雷電電磁脈沖措施連接不完全到位。

        通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察,檢測(cè)數(shù)據(jù)等情況綜合總結(jié),淮陰卷煙廠雷擊防范意識(shí)略微欠缺,廠區(qū)生產(chǎn)車間、庫(kù)房、信息通信中心在雷電天氣下工作運(yùn)行,環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)較高安全隱患較大,這種情況說(shuō)明淮陰卷煙廠需要采取強(qiáng)有力的雷電維保措施。課題組通過(guò)勘察,走訪調(diào)研,并充分與用戶溝通,在符合國(guó)家有關(guān)防雷規(guī)范的前提下,為該提供防雷的硬件設(shè)計(jì)與軟件開(kāi)發(fā)。

        二、防雷系統(tǒng)的硬件布置與軟件與開(kāi)發(fā)

        (一)硬件

        在廠內(nèi)安裝雷電計(jì)數(shù)器,雷電計(jì)數(shù)器配有電流互感器。安裝使用時(shí)(如圖1),把電流互感器芯套入防雷器的PE線上,互感器次數(shù)線圈的兩根線引安裝于需要泄放雷電流的防雷模塊,如防雷器的接地線上入雷電計(jì)數(shù)器的1、2接線柱,牢固連接,雷電流計(jì)數(shù)器有六個(gè)接線柱,L、N兩個(gè)接線柱接交流電源線,為計(jì)數(shù)器提供充電電源,在LED數(shù)碼管上按下顯示開(kāi)關(guān),即可顯示泄放雷電流次數(shù),計(jì)數(shù)器T、R端子可以外接NPX01-TTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊,配合上位機(jī)軟件在控制室對(duì)各計(jì)數(shù)器記錄情況進(jìn)行查看。

        (二)系統(tǒng)軟件開(kāi)發(fā)

        課題研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了閃電計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序,該程序采用了SpringMvc+Mysql+Flink的技術(shù)體系搭建,這套體系的優(yōu)勢(shì)是技術(shù)開(kāi)源,成熟度較高,安全可靠。SringMvc作為服務(wù)層框架,用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、入庫(kù)、分析、查詢、展示等功能邏輯。Mysql作為數(shù)據(jù)庫(kù),用來(lái)存儲(chǔ)設(shè)備、雷擊信號(hào)、報(bào)警記錄等數(shù)據(jù)。Spark用來(lái)實(shí)時(shí)運(yùn)行監(jiān)控算法模型。程序主體包括3個(gè)模塊:設(shè)備模塊、數(shù)據(jù)模塊、告警模塊。

        設(shè)備模塊提供Http管理接口及管理后臺(tái)頁(yè)面,實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備增、刪、改、查等功能。同時(shí)模塊提供了探活Http接口,要求設(shè)備定時(shí)通過(guò)接口上報(bào)設(shè)備健康狀態(tài),從而實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備工作狀態(tài)的記錄和監(jiān)控,能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備并進(jìn)行修復(fù)或替換。

        數(shù)據(jù)模塊,通過(guò)Http接口接收設(shè)備發(fā)出的雷擊信號(hào)請(qǐng)求,并完成雷擊數(shù)據(jù)的入Mysql庫(kù)。采集的信息維度,主要有:上報(bào)設(shè)備ID,發(fā)生時(shí)間,雷擊強(qiáng)度等。同時(shí)提供數(shù)據(jù)查詢接口,用于管理后臺(tái)搜索查詢相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)除了存儲(chǔ)到Mysql以外,同時(shí)會(huì)雙寫(xiě)錄入到Elasticsearch。Elasticsearch是一個(gè)基于Lucene的實(shí)時(shí)分布式的搜索與分析引擎,提供了包括全文搜索、日志分析、運(yùn)維監(jiān)控、安全分析等功能,補(bǔ)充了單一Mysql存儲(chǔ)在大數(shù)據(jù)管理、分析領(lǐng)域的不足。

        告警模塊是一個(gè)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)流處理子系統(tǒng),采用了Flink框架,來(lái)實(shí)現(xiàn)雷擊信號(hào)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理。首先在數(shù)據(jù)模塊,會(huì)將設(shè)備上報(bào)的每條雷擊數(shù)據(jù),同步送入到Flink系統(tǒng)。Flink系統(tǒng)運(yùn)行sql作業(yè),使用風(fēng)險(xiǎn)算法模型,分析數(shù)據(jù)流,得到風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別。我們把風(fēng)險(xiǎn)級(jí)別分類為無(wú)、低、中、高四種類型,分別給到不同形式和范圍的告警處理。比如低危采取“少數(shù)值班人+短信通知”,高危升級(jí)為“全員+電話通知”,實(shí)現(xiàn)了靈活的告警通知機(jī)制。

        (三)系統(tǒng)運(yùn)行情況

        通過(guò)閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數(shù)的顯示,8月1日江蘇省大范圍的雷暴天氣,高空切變,后轉(zhuǎn)偏北氣流,降溫,加之副熱帶高壓位勢(shì)低未大幅度南退所致?;窗驳睦妆┨鞖?,是由于江蘇省高空原偏北氣流切變,副熱帶高壓增強(qiáng)北移,脊線由27°N北移30°N造成的。8月1日淮安有明顯雷擊,淮陰卷煙廠經(jīng)度119°14′48″,緯度33°23′47″屬于雷擊區(qū)域內(nèi)。經(jīng)第二天查驗(yàn),電壓傳感器,無(wú)線收發(fā)器電性連接的處理器連接警報(bào)裝置和顯示屏,受到泄放雷電流時(shí)壓力傳感器的檢測(cè)變化,所有檢測(cè)的量數(shù)據(jù)全部通過(guò)無(wú)線發(fā)射器發(fā)送到監(jiān)控室,無(wú)線收發(fā)器吧檢測(cè)到的數(shù)據(jù)顯示到電腦顯示屏上,雷擊警示燈不停閃爍,警報(bào)提醒程序運(yùn)轉(zhuǎn),提醒工作人員檢查機(jī)器設(shè)備,提前排除故障,廠內(nèi)安裝雷電計(jì)數(shù)器數(shù)字顯示泄放雷電流次數(shù)為2次,閃電計(jì)數(shù)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)程序警示燈亮2次。

        三、數(shù)據(jù)分析與提出的維護(hù)建議

        從以上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn),從雷擊災(zāi)害防護(hù)方面來(lái)看,淮陰卷煙廠系統(tǒng)運(yùn)行一般都實(shí)在“高雷擊”風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境下,即對(duì)于雷電災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)的“遭遇程度”很高,因此需要采取科學(xué),有力的維保措施。根據(jù)IEC61312《雷電電磁脈沖的防護(hù)》,GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn),提出一下幾個(gè)建議。

        (一)管理存檔制度

        由熟練掌握雷擊防護(hù)知識(shí),技術(shù)的人員負(fù)責(zé)管理。廠區(qū)內(nèi)所有建筑防雷裝置投入使用后,建立防雷裝置管理制度,廠區(qū)內(nèi)安裝的避雷器應(yīng)由具有設(shè)計(jì)施工資質(zhì)的單位施工,對(duì)防雷裝置的設(shè)計(jì)、平面等工程圖紙避雷產(chǎn)品合格證,測(cè)試報(bào)告資料做好存檔。

        (二)廠區(qū)防雷裝置的日常維護(hù)

        1.定期維護(hù)和日常檢查

        負(fù)責(zé)人員在雷雨季節(jié)到來(lái)之前,應(yīng)對(duì)廠區(qū)建筑物防雷裝置進(jìn)行一次全面檢測(cè),做好阻值記錄,如發(fā)現(xiàn)有銹蝕、倒伏等現(xiàn)象做好記錄,維護(hù)需在雷電天氣之后的晴天進(jìn)行。

        2.防雷裝置檢查注意事項(xiàng)和裝置維護(hù)項(xiàng)目

        (1)目測(cè)廠區(qū)建筑物外部防雷裝置有無(wú)脫焊、倒伏,特別是在裝置連接處容易銹蝕,應(yīng)去除表面銹跡在進(jìn)行阻值測(cè)量。

        (2)廠區(qū)內(nèi)接地裝置的電阻值如果超出規(guī)定值,應(yīng)檢查檢測(cè)儀器電量,設(shè)備接地裝置和土壤濕度條件,找出超出規(guī)定值得原因,采取有效的整改措施。

        (3)目測(cè)檢查廠區(qū)內(nèi)配電浪涌保護(hù)器的運(yùn)行情況:有無(wú)表面損壞,接地線脫落,過(guò)電流焦印記,接觸不良等。如發(fā)現(xiàn)故障,檢查人員應(yīng)及時(shí)排除或更換并做好工作記錄。廠區(qū)內(nèi)所有電源線路應(yīng)采取II級(jí)雷電防護(hù),信息中心機(jī)房信號(hào)線路至少采取I級(jí)雷電防護(hù)才能達(dá)到雷電防護(hù)的要求。

        參考文獻(xiàn):

        [1]袁金水.建筑電氣設(shè)備防雷接地裝置的運(yùn)行維護(hù)探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計(jì),2018.

        [2]張建成.電氣設(shè)備防雷裝置防雷檢測(cè)及運(yùn)行維護(hù)[J].科技資訊,2016.

        基金項(xiàng)目:2019年淮安市氣象科研項(xiàng)目“淮陰卷煙廠雷電維保設(shè)計(jì)研究”(201902)

        作者簡(jiǎn)介:劉鴻斌(1977—?),男,漢族,江蘇淮安人,本科,工程師,研究方向:大氣科學(xué)、防雷技術(shù)應(yīng)用。

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