河北省大清河河务管理处工情监视系统防雷保护初探

2014-02-15王森许源王秋爽

海河水利 2014年4期

关键词：监视系统管理处线缆

王森，许源，王秋爽

（1.河北省大清河河务管理处，河北保定071051；2.保定市水文水资源勘测局，河北保定071000）

河北省大清河河务管理处工情监视系统防雷保护初探

王森1，许源1，王秋爽2

（1.河北省大清河河务管理处，河北保定071051；2.保定市水文水资源勘测局，河北保定071000）

随着工情监视系统在水利枢纽的应用，监视系统的防雷保护需求越来越引起重视。对大清河管理处工情监视系统遭受雷击的原因和危害作出初步分析，同时对大清河管理处工情监控系统的防雷保护措施进行了相应的介绍。

工情监控系统；防雷；水利枢纽

1 概况

目前，大清河管理处所辖的新盖房枢纽、枣林庄枢纽、王村分洪闸3座大型水利工程上均建设了视频监控系统，在处机关安装了中转服务器，为河北省水利厅、水利部海委等提供视频画面。监控中心既可以通过终端软件实时浏览16路视频查看工程上下游情况，也可以实现对远端视频摄像机的操控。

由于3座水利工程特殊的地理环境，工情监控系统更易遭受雷击破坏。如果闸区汛期雷雨天气频繁，工情监视系统遭受雷击现象也会增多，导致防汛工作受到干扰，容易造成重大的经济损失。

2 雷击对工情监视系统的危害和后续影响情况

自大清河管理处工情监视系统建设以来，曾多次发生设备、线路遭雷击事件，近些年尤为严重。如，2008年6月，新盖房枢纽工情监控系统摄像头以及视频转换卡因雷击损坏，致使新盖房枢纽工情监控系统瘫痪；2011年7月，王村分洪闸工情监控系统摄像头电源被雷击烧毁；2013年8月，枣林庄枢纽工情监控系统由于雷击6路无信号，云台无法控制，导致视频通信一度中断。

以上事例都是短期雷击造成设备严重损坏，这些雷击无不导致相关的水利枢纽及防汛工程信息中断，使重要工情信息传不出去，严重危及防汛工作的正常进行，如果遇到像2012年“7·21”暴雨这样大的险情，后果将不堪设想。

3 雷击的3种破坏形式及工情监视系统雷击事故分析

3.1 雷击的3种破坏形式

第一种是直接雷击。低层雷云与大地之间“先导放电”后，大地又与雷云之间“主放电”，放电时间短，电流在数百千安以上，雷云直接向露天的监控摄像头或线缆上放电造成设备、线缆损毁。

第二种是感应雷击。雷云放电时，在附近导体上产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击，它可以使金属部件之间产生火花而损害设备。有统计显示，感应雷击约占现代雷击事故的80%以上。

第三种是雷击电磁脉冲。雷击电磁脉冲是一种干扰源，闪电直接击在建筑物防雷装置和建筑物附近所引起的效应。电磁辐射产生的雷电波通过电源线路、信号线路、金属管道等损坏电子设备，造成工情监视系统不能运行。

3.2 工情监视系统雷击事故分析

这首先与电子信息技术的迅猛发展密切相关。随着科技的不断进步，电子技术的发展日新月异，工情监视系统设备越来越小巧、精密，其中使用了大量的半导体集成模块，但这种集成模块的耐过压性能差，更容易受到雷击引入瞬时过电压的破坏。

其次是与各闸所的环境有关。根据统计资料，独立突出建筑物和水面附近最容易招致雷击。大清河管理处3座水利枢纽都在水面附近，周围比较空旷，地势相对较高，利于雷电产生的条件具备，雷闪放电极易在其附近发生。

三是防雷设施不完善，工程措施不到位。据调查发现，近年雷击损坏设备部位主要是工情监视系统的前端和终端设备，电源线极少受损，雷电主要通过信号线侵入。前端设备损毁主要由直击雷和感应雷所致，终端设备损毁一般由感应雷和雷击电磁脉冲引起。

4 雷击防护措施

4.1 前端设备防雷

前端设备主要有监控摄像机、视频光端机、控制码交换机等，需同时考虑防止直击雷击和感应雷击，对它们的防护主要采用接闪器和避雷器防护。为防止电磁感应沿线路侵入前端设备，摄像机的电源线、信号线和云台控制线应穿金属管屏蔽，同时加装合适的避雷器。摄像机的金属外壳要接地，以泄放感应雷。

4.2 传输线路防雷

工情监控系统传输线路主要有视频线、485控制线、云台控制线、光纤及电源线等。由于闸所的监控点比较分散并距中控室距离较远，前端设备的电源一般应采取就近的方式供电。为了使线路的避雷效果达到最好，整个系统的数据、图像传输应全部采用光缆传输。大清河管理处3个枢纽均为架空线方式传输，为避免传输线架空时首尾端设备损坏，应在每一电杆上做接地处理，架空线缆的吊线和架空线路中的金属管道应接地，中间放大器输入端的信号源和电源均应分别接入合适的避雷器。另外，在中控室的室外防水仪表箱应安装具有浪涌识别功能的电源浪涌防雷器和视频电缆浪涌防雷器，将设备与通讯线路有效地隔离开来，最大限度地降低雷电的危害。

4.3 终端设备防雷

监控室主要由计算机系统、供电设备、视频光端机、硬盘录像机等设备构成。在工情监控系统中，中控室的防雷最为重要，应从直击雷防护、感应雷侵入、雷击电磁脉冲多方面进行。

监控室应在接闪器保护范围内。由于有80%雷击高电位是从电源线侵入的，为保证设备安全，一般电源上应设置3级避雷保护。在视频传输线、信号控制线、入侵报警信号线进入前端设备之前或进入中心控制台前，应加装相应的避雷保护器。进入监控室的各种金属管线应接到防感应雷的接地装置上。架空电缆线直接引入时，在入户处应加装避雷器，并将线缆金属外护层及自承钢索接到接地装置上。

监控室内应设置一等电位连接母线（或金属板)，该等电位连接母线应与建筑物防雷接地、PE线、设备保护地、防静电地等连接到一起防止危险的电位差。各种电涌保护器（避雷器)的接地线应以最直和最短的距离与等电位连接母排进行电气连接。

对于雷击电磁脉冲干扰屏蔽措施可以将建筑物和房间内部钢筋及附设于其上的金属框架等电位连接在一起，并与防雷装置相连，同时对穿越的导电金属就近进行等电位连接。对于要求有屏蔽的系统在利用建筑物本身钢筋、金属框架等不能满足要求时，还要另外加设金属网或其他能满足屏蔽的措施，以合适路径敷设线路，增加线路屏蔽。

5 结语

雷电对安全监控系统的损害途径是多方面的，笔者主要对大清河管理处监控系统遭受雷击损害的主要原因以及可能的侵入途径作了初步的分析，同时对安全监控系统的防雷保护技术进行了相应的介绍。需要说明的是，防需保护是一个比较复杂的问题，对监控系统的防雷保护设计不仅取决于防雷装置的性能，更重要的是在监控系统的设计施工之前就要考虑到监控所处的地理环境，设计合适的线缆布放、屏蔽及接地方式。总之，防雷保护设计应综合考虑，才能获得良好的效果。