防雷技術在宿鴨湖水庫防汛與通訊設備上的應用研究

董長興

【摘要】水庫一般位于山區(qū)，偏遠地區(qū)，多是雷電高發(fā)區(qū)，因此，做好水庫防汛通訊設施的防雷，對保障水庫防汛信息暢通十分重要。通過對河南省宿鴨湖水庫的防汛與通訊設施防雷應用，提出了水庫防雷形式和措施，對其他水庫防雷具有一定的參考價值。

【關鍵詞】水庫；防汛與通訊；防雷

1、工程概況

宿鴨湖水庫位于河南省駐馬店市驛城區(qū)東24km處，屬淮河流域大洪河支流汝河干流控制工程，控制流域面積4498km2，占汝河全流域面積7376km2的61%。水庫下游主要排洪河道為汝河，河道安全泄量1800m3/s。水庫以下地形自西北向東南傾斜，地面坡度約為1/8000。

水庫于1958年8月建成，經六次除險加固，現工程標準為100年一遇洪水設計，1000年一遇洪水校核。設計水位57.39m，相應庫容12.61億m3，校核水位58.80m，總庫容16.38億m3。是一座以防洪為主的多項目綜合利用的大一型水利工程，是淮河流域錯峰調度的重點。

水庫工程包括大壩、泄洪閘、灌溉渠首閘、水電站等幾部分。

水庫的防洪保護范圍為汝河兩岸、洪汝河區(qū)間及大洪河三岔口以下。保護范圍內交通干線主要有：106國道新蔡至潢川段、開～龔公路汝南段、駐馬店至周口、駐馬店至新蔡的省級公路等。

隨著信息化建設的迅猛發(fā)展，宿鴨湖水庫防汛、通訊機房現有通訊設備、電源設備包括數字程控交換機系統(tǒng)、400MHz無線集群通信系統(tǒng)、計算機局域網、工程視頻監(jiān)控系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、淮河干流數字微波通信系統(tǒng)、防洪調度系統(tǒng)等。

2、雷電主要的危害形式

雷電對防汛、通訊設備損壞的主要形式是直擊雷和感應雷。當帶電的云層與大地上某一點之間發(fā)生迅猛的放電現象，叫做“直擊雷”。直擊雷通常發(fā)生在雷云對地閃擊時才會對地面造成傷害，雖然直擊雷發(fā)生的機率較低，而且直擊雷發(fā)生時一次只能襲擊一個小范圍的目標，但是由于放電現象發(fā)生過程迅猛，被直接擊中的目標會由于放電電流過大 ，造成的損壞程度較大。直擊雷主要對鐵塔等室外物體產生破壞作用，通常對直擊雷使用外部防護設備如避雷針等進行防護。

第二種是感應雷，雷電在雷云之間或雷云對地放電時，在附近的戶外傳輸信號線路、電力線、設備間連接線產生電磁感應并侵入設備，是在線路中間或終端的電子設備遭到損害的放電現象，叫做“感應雷”。感應雷雖然沒有直擊雷猛烈，但其發(fā)生的幾率比直擊雷高得多。感應雷不論雷云對地閃擊還是雷云對雷云之間閃擊，都可能發(fā)生并造成災害。

3、歷史雷擊情況

宿鴨湖水庫系大型平原水庫，防汛、通訊機房位于大壩下游側，地面高程與壩頂相同，機房在三樓，四周空曠，雷擊事件頻繁發(fā)生。2000年、2010年、2014年都有雷擊發(fā)生，特別是2000年7月13日，水庫遭遇雷暴天氣，水庫水文遙測、程控交換機、水庫洪水預報調度等系統(tǒng)多塊主板瞬間被擊穿，防汛、通訊系統(tǒng)全部癱瘓。

4、通訊設備的防雷措施

避免雷擊有四種方法：疏導、隔離、等位、消散。根據不同的避雷途徑，具體到宿鴨湖水庫防汛、通訊工程的防雷設計來說，其主要的防雷措施有以下幾種方法。

4.1 是在通訊鐵塔安裝先進避雷針進行外部防雷 距水庫機房10m處建有55m通信塔一座，在鐵塔頂端安裝有避雷針，各設備天線尖端與避雷針不小于5m，以防止由于避雷針的存在而損壞天線的輻射圖形影響通訊效果。為確保避雷效果，采取安裝放射性避雷裝置。放射性避雷裝置安裝有大氣電力電容器，90%情況下，雷云下層聚集負電荷，大地感應產生正電荷。當雷云電荷聚集到一定程度，雷云對大地可視為一個場強極大的平板電容，大地正電荷通過避雷針桿到達針尖，避雷針外殼與針桿之間以絕緣材料及兩組瞬間放電裝置隔離，外殼感應電容器中的電位，其值遠低于針尖地位，造成強烈的電位差。

4.2 是在完善建筑物防直擊雷設施的同時，可以著重考慮設備的防感應雷設施。在安裝通訊天線時，天線支撐桿與鐵塔可靠連接，鏈接電阻等于零。引線從鐵塔內部垂下，并每隔一段距離用銅絲與鐵塔固定。

4.3 是安裝避雷器實現分級防雷。在通訊塔上安裝避雷針雖然經濟簡單，但卻難做萬無一失。安裝避雷器實現分級防雷是防感應雷的重要手段，防雷器的殘壓是保護防汛、通訊設備的最重要參數，一般來講，泄流能力強的防雷器，響應時間長，殘壓高。世界上沒有任何一種防雷器能滿足所有混合雷電沖擊波、殘壓以及響應時間指標要求，所以應根據電源設備的絕緣等級劃分防雷層次，實現多級防護，對雷電能量逐級減弱，使各級防雷器殘壓相互配合，最終使過電壓值限制在設備絕緣強度之內。另外多級防護對于某一組級防雷器失效、防雷器的殘壓不配合設備絕緣強度等也是必需的。根據通訊站內主要電源配套設備的耐雷電沖擊指標和防雷器殘壓要求，采取分級協(xié)調的防護措施，進行電源設備的防雷系統(tǒng)設置。首先在水庫專用10kv供電線路上，每隔5基電桿安裝避雷器1組，當低壓供電線路直接進入進入通訊機房時，首先進行B級過電壓保護。在引入點設置B級過壓保護，B級與C級電源避雷器之間的供電線路有15m以上的距離，以確保B級避雷器的正常響應。避免C級防雷響應超前于B級防雷器。交流穩(wěn)壓器安裝在B級防雷器的后面，C級防雷器的前面。進入機房后，在機房內配電箱的輸出端加裝相應的C級電源避雷器。

4.4 是機房部分的防雷裝置。機房部分的防雷裝置及其安裝工藝、材料規(guī)格的選擇等也是防雷措施的關鍵一環(huán)。設備安裝前，在防靜電地板下用銅帶制作安裝了接地網，設備安裝過程中，確保饋線的金屬外護層、PE線、數字通訊設備的機架、模擬通訊設備的機架、整流供電設備的機架、內走線架、金屬門窗、空調機正常不帶電的金屬外殼等金屬體作了等電位連接，接地電阻值符合要求。

防雷是一項系統(tǒng)工程，需要多方面的預防，才能構建起完整的防護體系。由于雷擊現象隨時都可能發(fā)生，隨時都會對通訊機房和設備造成損壞，因此在通訊機房的防雷要遵守層層防護，分層防護，全面考慮。建設好防雷系統(tǒng)對保障防汛、通訊機房和設備的安全是非常重要，是保證通訊暢通的關鍵。宿鴨湖水庫防汛、通訊防雷系統(tǒng)建成幾年來，防雷效果十分顯著，確保了水庫安全運行。