王艷 白慶東 張曉輝

1大慶油田設(shè)計院有限公司

2中國石油冀東油田公司工程造價中心

隨著電子科學(xué)技術(shù)的進步，視頻監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展迅速，從80 年代、90 年代（1984—1996 年）的模擬視頻系統(tǒng)到90 年代中期至90 年代末的半數(shù)字系統(tǒng)（基于電腦插卡式的視頻監(jiān)控系統(tǒng)），再到如今的全數(shù)字IP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[1-4]。半數(shù)字系統(tǒng)的前端是模擬攝像機，后端是數(shù)字硬盤錄像機，中間的視頻信號傳輸以同軸電纜為主；全數(shù)字IP 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的前端是網(wǎng)絡(luò)攝像機，后端是網(wǎng)絡(luò)硬盤錄像機，中間的信號傳輸采用八芯雙絞線或光纜。隨著系統(tǒng)制式的升級，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的工程設(shè)計規(guī)范也進行了相應(yīng)修訂，但室外監(jiān)控前端信號采用光纖傳輸時前端網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器（SPD）的設(shè)置沒有明確說明，導(dǎo)致同一站場設(shè)計條件下網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器設(shè)置安裝不同，設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)不一致。為此，根據(jù)GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)浪涌保護技術(shù)規(guī)范》中的浪涌保護區(qū)劃分及浪涌保護器設(shè)置原則，探討油田站場室外監(jiān)控前端信號采用不同介質(zhì)傳輸時前端網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器安裝的必要性。

1 存在的問題

GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)浪涌保護技術(shù)規(guī)范》 第5.5.3 條第1 款規(guī)定，戶外攝像機的輸出視頻接口應(yīng)設(shè)置視頻信號線路浪涌保護器，攝像機控制信號線接口處（如RS485、RS424 等）應(yīng)設(shè)置信號線路浪涌保護器，解碼箱處供電線路應(yīng)設(shè)置電源線路浪涌保護器[5]。GB/T 50115—2019《工業(yè)電視系統(tǒng)工程設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》第10.0.11 條第2 款規(guī)定，置于室外的攝像機應(yīng)分別在控制、電源、視頻線兩端設(shè)置適配的浪涌保護器[6]。

從以上標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的條款內(nèi)容來看，相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范還是基于模擬攝像機的規(guī)定，沒有針對網(wǎng)絡(luò)攝像機的浪涌保護接地做專門規(guī)定，以致于工程設(shè)計時，有些在接線箱內(nèi)傳輸設(shè)備（網(wǎng)絡(luò)交換機）與攝像機之間設(shè)計安裝了網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器，有些卻沒有設(shè)計安裝，導(dǎo)致設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)混亂，而且在非必要時安裝增加了工程投資。

2 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范解讀

在查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范[5-10]后，確定采用GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)浪涌保護技術(shù)規(guī)范》中的相關(guān)條款對浪涌保護器的設(shè)置進行討論。

該標(biāo)準(zhǔn)第5.4.4 條第2 款規(guī)定，電子信息系統(tǒng)信號線路浪涌保護器宜設(shè)置在雷電防護區(qū)（LPZ）界面處[5]（圖1）。

圖1 信號線路浪涌保護器的設(shè)置位置Fig.1 Setting location of SPD for signal line

該標(biāo)準(zhǔn)第5.3.3 條第3 款規(guī)定，當(dāng)相鄰建筑物的電子信息系統(tǒng)之間采用電纜互聯(lián)時，宜采用屏蔽電纜，非屏蔽電纜應(yīng)敷設(shè)在金屬電纜管道內(nèi)；屏蔽電纜層兩端或金屬管道兩端應(yīng)分別連接到獨立建筑物各自的等電位連接帶上；采用屏蔽電纜互聯(lián)時，電纜屏蔽層應(yīng)能承載可預(yù)見的雷電流[5]。

圖2a 表示2 個雷電保護區(qū)（LPZ1）用電力線或信號線連接。應(yīng)特別注意，2個LPZ1區(qū)分別代表有獨立接地系統(tǒng)的相距數(shù)十米或數(shù)百米的建筑物的情況，在這種情況下大部分雷電流會沿著連接線流動，在進入每個LPZ1 區(qū)時需要安裝浪涌保護器。圖2b 表示該問題可以利用屏蔽電纜或屏蔽電纜管道連接2 個LPZ1 區(qū)來解決，前提是屏蔽層可以攜帶部分雷電流，若沿屏蔽層的電壓降不太大，可以免裝浪涌保護器。圖2中i1、i2為部分雷電流。

3 網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器

在油田向數(shù)字化、智能化發(fā)展進程中，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用無處不在，為了保障系統(tǒng)穩(wěn)定運行，不受諸如雷電等自然現(xiàn)象的危害，在系統(tǒng)中須安裝信號浪涌保護器。由網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器接線圖（圖3）可知，浪涌保護器有輸入端口和輸出端口，被保護設(shè)備接在浪涌保護器的輸出端口。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器輸入端線路有浪涌侵入時，浪涌保護器起到防浪涌作用；當(dāng)輸出端線路有浪涌侵入時，浪涌保護器起不到保護后面設(shè)備的作用。

圖3 網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器接線示意圖Fig.3 Connecting diagram of network signal SPD

4 現(xiàn)場條件分析

油田站場室外監(jiān)控桿上安裝有避雷針，攝像機與接線箱之間的線纜均在監(jiān)控桿（或鋼管）和金屬撓管內(nèi)敷設(shè)，攝像機護罩、監(jiān)控桿、接線箱均接地，如圖4所示。

由圖4可知，攝像機、接線箱及其之間的線纜均在監(jiān)控桿上避雷針的有效保護范圍之內(nèi)，屬于LPZ0B區(qū)；另外，攝像機在金屬護罩內(nèi)，傳輸設(shè)備在室外防水接線箱（金屬接線箱）內(nèi)，連接的數(shù)據(jù)線在監(jiān)控桿和金屬撓管內(nèi)敷設(shè)，根據(jù)GB 50343—2012《建筑物電子信息系統(tǒng)浪涌保護技術(shù)規(guī)范》5.3.3條第3款及條文說明，可以把攝像機、接線箱以及它們之間的金屬管道視為1個LPZ1區(qū)，整個區(qū)域的設(shè)備受到的電磁感應(yīng)強度是相同的，如圖5所示，圖中H0>H1。

圖4 監(jiān)控桿上設(shè)備安裝示意圖Fig.4 Schematic diagram of device installation on the monitoring pole

圖5 浪涌保護區(qū)劃分及電磁感應(yīng)分布Fig.5 Surge protection zone division and distribution of electromagnetic induction

根據(jù)以上分析，當(dāng)前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用雙絞線時，雙絞線經(jīng)過不同的浪涌保護區(qū)，由于不同浪涌保護區(qū)內(nèi)電磁場強度不同，雙絞線上有過電壓（電流），此時監(jiān)控前端接線箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器，浪涌保護器的輸入端接外部引入的雙絞線，起到防浪涌作用，保護攝像機和接線箱內(nèi)的傳輸設(shè)備，傳輸設(shè)備與攝像機之間不設(shè)浪涌保護器，如圖6所示。

圖6 信號傳輸采用雙絞線時前端設(shè)備連接示意圖Fig.6 Schematic diagram of the front device connection as the signal transmission using the twisted-pair wire

當(dāng)前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用光纜時，光纖不傳導(dǎo)雷電感應(yīng)電流，而通信設(shè)備都在同一浪涌保護區(qū)內(nèi)，所受的電磁輻射是相同的，線纜上沒有過電壓，而且網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器是有方向性的，此時接線箱內(nèi)的傳輸設(shè)備與攝像機之間若安裝網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器，起不到防護作用，所以不需要安裝網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器，只需將光纜金屬構(gòu)件接入接地系統(tǒng)，如圖7所示。

圖7 信號傳輸采用光纜時前端設(shè)備連接示意圖Fig.7 Schematic diagram of the front device connection as the signal transmission using the optical cable

5 結(jié)論

（1）當(dāng)站場監(jiān)控系統(tǒng)前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用雙絞線時，監(jiān)控前端接線箱內(nèi)應(yīng)設(shè)置網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器，保護后面的傳輸設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)攝像機，傳輸設(shè)備與攝像機之間不設(shè)浪涌保護器。

（2）當(dāng)前后端或兩個前端之間的信號傳輸采用光纜時，不需要安裝網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器，只需將光纜金屬構(gòu)件接入接地系統(tǒng)。

（3）盡管視頻監(jiān)控已進入全數(shù)字IP 網(wǎng)絡(luò)時代，但有關(guān)浪涌保護技術(shù)規(guī)范還停留在半數(shù)字化時期，不能滿足現(xiàn)今油田數(shù)字化建設(shè)設(shè)計需要，應(yīng)加快規(guī)范修訂工作，補充油田站場室外監(jiān)控前端信號采用不同介質(zhì)傳輸時前端網(wǎng)絡(luò)信號浪涌保護器安裝說明，以供油田設(shè)計人員參考。