楊順翔

（甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概述

高速公路機(jī)電系統(tǒng)較為復(fù)雜，包括很多的內(nèi)容，例如供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等等。由于雷擊影響范圍很大，并且近些年信息技術(shù)的發(fā)展使得機(jī)電設(shè)備的精密程度越來(lái)越高，一旦受到雷電影響就會(huì)無(wú)法正常運(yùn)行，對(duì)于整個(gè)高速公路的運(yùn)行造成影響。所以為了能夠確保機(jī)電系統(tǒng)的設(shè)備可以安全穩(wěn)定運(yùn)行，要對(duì)雷電破壞進(jìn)行有效的防護(hù)。

2 雷電對(duì)于高速公路機(jī)電設(shè)備的危害及原因分析

2.1 雷電對(duì)于高速公路機(jī)電設(shè)備的危害

高速公路上遍布著各種類型的機(jī)電設(shè)備，這些電子類機(jī)電設(shè)備大多安置在曠野上，很容易受到雷電的破壞。雷電對(duì)高速公路機(jī)電設(shè)備的危害主要有兩類：直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷對(duì)機(jī)電設(shè)備造成危害的過(guò)程是產(chǎn)生巨大的電流，在云團(tuán)和大地之間形成較大的電位差，電位差作用機(jī)電設(shè)備上造成設(shè)備的損害和破壞；感應(yīng)雷對(duì)機(jī)電設(shè)備造成危害的過(guò)程是感應(yīng)電流通過(guò)天線、電線電纜等途徑侵入機(jī)電設(shè)備的機(jī)房，對(duì)機(jī)電設(shè)備的電路產(chǎn)生破壞，甚至可能燒壞機(jī)電設(shè)備[1]。在以往高速公路的設(shè)計(jì)和施工過(guò)程中由于認(rèn)識(shí)的淺薄等原因，高速公路的防雷問(wèn)題往往會(huì)遭到設(shè)計(jì)人員和施工人員的忽視，導(dǎo)致高速公路機(jī)電設(shè)備的防雷問(wèn)題成為高速公路系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中最為薄弱的環(huán)節(jié)，雷電破壞機(jī)電設(shè)備的安全事故時(shí)有發(fā)生。遭受雷電破壞的機(jī)電設(shè)備，輕則機(jī)電設(shè)備功能喪失，無(wú)法運(yùn)作，重則導(dǎo)致整個(gè)高速公路系統(tǒng)完全癱瘓，無(wú)法正常工作，車輛無(wú)法安全通行，給高速公路的安全管理構(gòu)成了嚴(yán)重的障礙，直接影響到公路運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)效益。因此保證高速公路的高效運(yùn)行，對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行防雷電保護(hù)勢(shì)在必行。

2.2 高速公路機(jī)電設(shè)施雷電破壞的原因所在

1）環(huán)境方面的因素。一般情況下，高速公路的大部分都處在相對(duì)空曠的區(qū)域，并且收費(fèi)站等建筑相對(duì)獨(dú)立，周邊缺少相關(guān)聯(lián)建筑，在很大程度上增加了雷電破壞的可能性。另外，高速公路的里程相對(duì)較長(zhǎng)，并且很多高速公路都處在地形復(fù)雜的區(qū)域，這些都造成了高速公路的防雷工作難度較大。隨著技術(shù)水平的提升，高速公路中增設(shè)了越來(lái)越多的電子設(shè)備，雖然大大提升了高速公路的智慧水平，但是這些設(shè)備非常容易受到電磁干擾，也為防雷增加了困難[2]。

2）雷電防護(hù)措施相對(duì)落后。雖然近些年我國(guó)的防雷技術(shù)有了一定的提升，但是對(duì)于高速公路來(lái)說(shuō)在雷電防護(hù)方面的研究還嚴(yán)重不足，這就造成了我國(guó)現(xiàn)階段高速公路雷電防護(hù)設(shè)計(jì)以及施工方面的能力相對(duì)較弱，缺少足夠有效的監(jiān)管，雷電防護(hù)措施相對(duì)落后。

3）高速公路機(jī)電設(shè)備在雷電監(jiān)測(cè)方面相對(duì)不足。為了最大程度避免機(jī)電設(shè)施受到雷電破壞，避免防雷裝置故障而造成設(shè)備和人員傷害，我國(guó)出臺(tái)了有關(guān)防雷裝置的監(jiān)測(cè)和維護(hù)規(guī)定，正常情況下要每年對(duì)其進(jìn)行一次以上的檢測(cè)。另外對(duì)于較為關(guān)鍵的部位和系統(tǒng)，每次發(fā)生雷擊之后要第一時(shí)間對(duì)其進(jìn)行檢查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理問(wèn)題。但是從現(xiàn)階段來(lái)看，很多高速公路并沒(méi)有及時(shí)對(duì)防雷系統(tǒng)進(jìn)行檢查，某些防雷系統(tǒng)發(fā)生損壞而無(wú)法發(fā)揮作用，從而造成多次頻發(fā)雷電事故。

3 高速公路機(jī)電設(shè)施防雷方式分析

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)方面的防雷

隨著高速公路的發(fā)展，高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)日趨完善，不僅在收費(fèi)站配備有收費(fèi)監(jiān)控系統(tǒng)，同時(shí)也設(shè)置有行車監(jiān)控系統(tǒng)，主要是利用攝像機(jī)來(lái)完成車輛的監(jiān)控，高速公路攝像機(jī)設(shè)置數(shù)量要和車道的數(shù)量相匹配。為了避免攝像機(jī)受到雷電的影響和破壞，可以將485 防雷器設(shè)置在每個(gè)攝像機(jī)控制系統(tǒng)當(dāng)中，一般情況下都是在攝像機(jī)的外殼中接入防雷器，也可以將其直接和地相連。另外，可以在每臺(tái)攝像機(jī)視頻輸出端口設(shè)置BNC 型的防雷設(shè)備?？偟膩?lái)說(shuō)，不管是將防雷器安裝在攝像機(jī)外殼還是直接接地，都要遵照就近安裝的基本原則來(lái)說(shuō)進(jìn)行。在完成了機(jī)房監(jiān)控系統(tǒng)和攝像機(jī)視頻的連接之后，就可以將防雷器設(shè)置在不同視頻監(jiān)控的輸出端口和控制端口[3]。

另外，監(jiān)控室的配電系統(tǒng)常常采取的是三相五線以及單相三線的供電方式，常常將電力線直接引入到監(jiān)控室當(dāng)中，這就為雷電的破壞建立了路徑，所以要對(duì)其進(jìn)行有效防護(hù)。一般情況下可以采取三級(jí)防護(hù)措施，首先可以通過(guò)火花間隙放電器對(duì)于絕大多數(shù)直擊雷進(jìn)行有效吸收，之后可以在監(jiān)控室電源輸入端設(shè)置三相電源避雷器進(jìn)行防護(hù)，能夠?qū)⒔^大多數(shù)殘余雷電吸收完畢，最后可以在專用設(shè)備輸入端設(shè)置防雷設(shè)備，能夠?qū)^(guò)電壓、容性負(fù)載、感性負(fù)載所造成的浪涌過(guò)電壓進(jìn)行有效吸收，同時(shí)能夠消除掉電力線的差模干擾、共模干擾等問(wèn)題。

3.2 收費(fèi)系統(tǒng)方面的防雷

1）收費(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的防雷?？梢栽谑召M(fèi)計(jì)算機(jī)網(wǎng)卡端口和HUB 間雙絞線上設(shè)置RJ45 型防雷接口和防雷器，所有防雷設(shè)備的安裝一定要按照就近原則設(shè)置在機(jī)殼上或者直接接地；

2）收費(fèi)站的防雷。對(duì)于收費(fèi)站來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)4×40mm 的扁鋼將收費(fèi)車道、監(jiān)控機(jī)房以及配電房進(jìn)行有效連接，形成一體化接地網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)可以采取自然接地物對(duì)其進(jìn)行補(bǔ)充，確保自然接地物和人工接地體的閉合性，確保每一處等電位。此種方式能夠有效消除不同建筑物之間的危險(xiǎn)電位差，同時(shí)可以降低建筑物內(nèi)部的磁場(chǎng)強(qiáng)度。

3）收費(fèi)亭的防雷。對(duì)于收費(fèi)亭來(lái)說(shuō)，要確保金屬墻體整體的電氣相連通，可以通過(guò)收費(fèi)島地基的鋼筋網(wǎng)實(shí)現(xiàn)收費(fèi)亭、自動(dòng)欄桿、通信燈、監(jiān)控?cái)z像機(jī)等金屬構(gòu)件的連通。

3.3 電源線路方面的防雷

對(duì)于10kV 以上的高壓線路來(lái)說(shuō)，在接入到三相電變壓器時(shí)一定要在合適區(qū)域設(shè)置氧化鋅避雷器。對(duì)于低電壓線路（例如配電房到電源變壓器之間的線路）來(lái)說(shuō)，可以采取地下走線的方式，并且要確保線路的長(zhǎng)度在15m 以上。同時(shí)要加強(qiáng)監(jiān)控室到配電房輸電線路的保護(hù)。

對(duì)于建筑物內(nèi)部的配電箱來(lái)說(shuō)，可以將電路兩側(cè)屏蔽部分就近接地。同時(shí)可以在監(jiān)控室中設(shè)置B380/40K 型電源防雷箱，此種防雷箱能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程主動(dòng)防御報(bào)警。一般情況下可以將此種防雷箱設(shè)置在配電室的低壓配電屏上，這樣可以有效吸收掉電源線所產(chǎn)生的較大電流，能夠?qū)ο到y(tǒng)進(jìn)行有效保護(hù)。因?yàn)槭召M(fèi)系統(tǒng)采取的都是弱點(diǎn)，因此可以通過(guò)在電纜兩側(cè)設(shè)置單相電源防雷器即可，一般可以采取屏蔽式電纜、地下敷設(shè)的方式。對(duì)于戶外的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)串聯(lián)的方式將2P 型電源防雷器設(shè)置在電源輸入端，要在地下埋設(shè)鋼管，具有護(hù)套的電纜順著鋼管敷設(shè)，之后要將配電室連接10kV電壓供電線路的末端。

3.4 通信系統(tǒng)以及交流配電系統(tǒng)防雷

對(duì)于現(xiàn)代高速公路機(jī)電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，通信系統(tǒng)是最為重要的組成部分之一，其運(yùn)行情況直接決定著整個(gè)高速公路的服務(wù)情況，對(duì)于傳輸設(shè)備的安全性具有非常大的影響。另外，通信系統(tǒng)會(huì)涉及非常多的內(nèi)容，所以為了確保其安全性防雷接地是非常重要的。一般情況下需要將兩個(gè)接地螺栓設(shè)置在傳輸設(shè)備機(jī)柜之上，采取單點(diǎn)接地的方式，并且設(shè)置相應(yīng)的接地線，分別為：傳輸設(shè)備工作地線、二次保護(hù)電路地線等。通過(guò)傳輸設(shè)備工作地線能夠有效連接不同直流工作電源，通過(guò)二次保護(hù)電路地線能夠?qū)⒔尤氪蟮刂笫Ｓ嗟碾姾尚遁d掉。通過(guò)此種方式能夠形成較為安全且獨(dú)立的交流系統(tǒng)，并且能夠?qū)⒛承┍Ｗo(hù)地線切斷，這對(duì)于交流配電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是非常重要的。除此之外，也可以和配線架來(lái)共同進(jìn)行防雷，但是此種情況需要設(shè)置必要的電源防雷設(shè)備，避免交流網(wǎng)形成干擾信號(hào)。

4 結(jié)束語(yǔ)

近些年我國(guó)高速公路建設(shè)有了快速發(fā)展，但是機(jī)電設(shè)施受到雷電破壞的問(wèn)題還是較為嚴(yán)重的。本文主要分析了機(jī)電設(shè)施雷電破壞的情況，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的處理措施。通過(guò)本文的介紹能夠?qū)Ω咚俟贩览滋峁┮欢▍⒖己蛶椭?，?duì)于確保高速公路的正常運(yùn)營(yíng)是非常重要的。