关于高速公路机电系统防雷问题的探讨

王　露

(广西交通科学研究院，广西　南宁　530007)

关于高速公路机电系统防雷问题的探讨

王露

(广西交通科学研究院，广西南宁530007)

关键词：高速公路；机电系统；防雷；危害；原因；预防

0引言

高速公路机电系统设备数量众多，各个机电设备间都有着紧密的联系，机电设备的可靠运行是高速公路正常运行的一个重要保证。有调查表明，从我国第一条高速公路投运至今，所有高速公路机电系统都不同程度地遭受过雷电侵害，这说明了高速公路机电系统防雷工作的必要性和重要性。有效地预防机电设备雷击事故的发生，不仅能够更好地保证高速公路的正常运营，而且可以延长机电设备的使用寿命和大修周期。

1研究高速公路机电系统雷击预防的重要性

雷电作为一种夏季常见的自然现象，目前已经成为损害电子设备正常运行的一个重要因素。特别是高速公路，机电系统大都分布于开放的环境下，由于其所处的自然环境比较复杂，更容易遭受到雷击损害。多年来，高速公路机电设备的雷击事故时有发生，情况较轻的一般是部分机电设备被雷电击坏导致机电系统丧失部分功能，情况比较严重的甚至会导致整个机电系统的瘫痪。而机电设备的运行一旦出现故障，不仅会导致大面积堵车等问题，还会给国家和个人造成不必要的损失，严重时甚至危及人员生命安全。广西地处中、南亚热带季风气候区，丘陵错落，河谷纵横，南部濒临北部湾，北依南岭山脉，西靠云贵高原，是我国雷暴日数最多的省区之一，据气象部门多年累计资料分析，年平均雷暴84.1 d左右。因此，如何更好地避免机电设备受到雷击的干扰和破坏，保障其始终安全运行是高速公路机电设备运行管理中应该思考的一个重要问题。

2雷电对高速公路机电设备的影响

2.1高速公路机电系统的组成

概括来说，高速公路的机电系统是以电子电器技术、计算机网络技术、通信技术、电气控制技术等为基础组成的综合系统。其主要包括通信系统、监控系统、收费系统、供电系统这四大系统，以及隧道机电系统。通信系统的作用，是为高速公路的稳定运营服务，因此，实现通信系统传输设备的防雷安全，是高速公路正常运营和设备安全的基本保障。监控系统由覆盖全线的光电缆线路构成。收费系统由终端设备及信息处理设备组成，例如车道计算机、车道智能控制柜、车道摄像机、费额显示器、闪光报警器、车道红绿信号灯等。供电系统主要包括市电供给、自发电、ups长延时电源等设备，而隧道机电系统主要包括通风系统、照明系统、供配电系统及火灾报警系统等。

2.2雷电对高速公路机电设备的危害

高速公路机电设备遭受雷击而损坏的情况，大多出现在遭受直击雷和感应雷。直击雷的电位差可以导致机电设备系统瘫痪。而感应雷损害机电设备，主要是通过入侵机电设备的电源线缆、通信线路、卫星天线。根据以往的案例分析，感应雷对机电系统造成的灾害大致如下：

(1)供电系统：当遭受雷击时，高速公路上存在的低压及高压电力线，往往都会成为直击雷或感应雷的“传导线路”，并通过线路侵入到机电系统当中，从而引起供配电设备损坏，同时造成停电等间接损失。

(2)通信系统：双绞线、同轴电缆、光纤电缆等是高速公路机电设备信号传输的主要介质。而双绞线、同轴电缆等介质容易受到雷击，导致发送信号的机电设备不能正确传输，甚至破坏电气设备。例如：通信终端信号传输受阻，电话、基站等设备损坏。

(3)监控系统：由于监控系统设备多集中分布在监控中心及道路沿线外场区域，加之其多来自信息电子设备，所以很容易受到雷电电磁脉冲的影响或破坏。比较常见的损坏有：监控室监控设备损坏，如线路板雷击损坏、部分接口和PLC雷击损坏、监控台失灵无图像等；车道监控摄像头等终端设备损坏。

(4)收费系统：通常情况下，收费系统受到雷电侵入主要是通过各种直击雷及暂态过电压，从而造成收费主机损坏、工控机损坏、栏杆机失灵、电源损坏等。

(5)隧道系统：通风系统、照明系统、供配电系统及火灾报警系统等不同程度损坏或失灵。

例如：2009年7月31日晚上9：25，柳南高速公路五合收费站发生雷击事故，该站仅有的两条出口车道不能使用，几十辆车在雨中塞车；2013年8月7日17：40左右，安南高速内黄县收费站遭雷击，直接经济损失8万多元；2013年9月11日凌晨3：10左右，雷电交加造成G72泉南高速全黄段桂湘收费站7个出口车道中的5个收费系统设备瘫痪，通过桂湘收费站的车辆排起了将近5 km的长队；2014年8月3日晚6：30，在金丽温高速公路南山出口收费站，一道闪电突然击中收费站的机电设备，导致收费站陷入“瘫痪”。经过半个小时的抢修，收费站才恢复正常运行；2015年8月25日16：12，云南昆楚高速楚雄东(程家坝)收费站因遭受雷击，所有收费系统被击坏，进出楚雄的车辆无法收费领卡通行。

3高速公路机电设备雷击事故发生的一般原因分析

尽管相关部门已经注意到了高速公路避雷的重要性，并对高速公路从设计到施工、运营各个阶段都做了防雷的研究，对公路上的建筑物、机电设备等安装了避雷针或其他避雷装置，然而高速公路机电设备雷击事故仍时有发生。其原因归结如下：

3.1环境方面存在的客观因素

(1)高速公路都是建设在空旷的郊外，地势相对比较平缓，在这种形势下收费站建筑物往往就成为旷野区域的最高突出点，再加上收费站周围安装有高杆灯，所以就比较容易引雷。(2)高速公路点多、面广、线长，甚至翻山越岭，穿越很多复杂的地质层面。这些客观条件和事实造成了高速公路防雷工作的难点多、任务重。(3)随着科技的发展，先进的电子设备在为高速公路工作带来便利的同时，也为防雷工作增加了很多薄弱点和多发点。针对这种形势，防雷工作要特别注意旷野区域突出的设备点和线路，先进电子设备绝缘强度低、抗电磁干扰能力弱等重点内容。

3.2设计及施工过程中对强弱电设备安装以及防雷工作重视不够

现阶段，对于高速公路机电系统的防雷设计我们国家还没有形成一套相对固定的模式。高速公路设计与施工过程中，在对强弱电设备的设计与安装时对防雷环节重视不足，许多设计单位对雷电防护还停留在基础层面，只是加强了抵抗直击雷的能力。事实证明，在高速公路强弱电设备的破坏中，雷击电磁脉冲占很重的比例。另外，防雷工作需许多环节相互合作才能实现，防雷措施也需要注重整体。质量监管、现场监理在工作中，往往只注重路基及路面的工程质量，而忽视了对配套强弱电设备的质量把控。鉴于此，设计单位要加强对高速公路防雷工作的重视，明确防雷技术指标要具体要求；质量监管和监理部门要加强对高速公路电路设备质量的监管力度。只有这样，每个细节相互合作，才能实现更好的整体防雷效果。

3.3雷电防护技术研究较少

高速公路雷电防护技术也是需要时间、经验累积的，过去我国在雷电防护技术研究上也取得了很多成绩，但针对高速公路这一行业的雷电防护技术研究很少，这就造成了我国目前高速路防雷技术落后，细节设计和施工，以及质量监管都不到位。比如，屏蔽措施方面，部分监控机房窗户孔洞很大，不符合防雷的射击标准和要求，没有采取屏蔽防护格栅处理，不能有效防护空间雷电电磁脉冲的侵袭。

3.4定期检查和维护不到位

只有定期检查，才能及时发现和解决问题，实现防雷系统的整体性能。只有定期检查和维护防雷装置，做到每年至少系统检查一次防雷装置，才能及时发现小问题并予以解决；发生雷击后，一定要及时检查重点装置和系统，才能将隐患消除在萌芽状态。而现实情况是，由于防雷系统细节多，点多、面广、线长，因此，防雷系统在投入使用后，定期检查和维护工作就十分繁重。更重要的是，很多高速公路系统甚至没有形成对防雷装置进行定期检测的制度，相关部门也没有对防雷系统进行必要的系统检查。这种情况导致防雷隐患不能得到及时有效的解决，雷击事故频发。比如，尽管现在高速公路的机电系统都安装了大量的数据及信号防雷器，较大限度地保护高速公路机电系统中电气设备的使用安全，但雷击损坏后，由于一些防雷器未能查找和替换，导致一些昂贵的电器设备缺乏保护，容易造成设备损坏、运转停止等更为严重的问题。

4加强高速公路雷击事故预防的措施及途径

4.1设计及施工须严格按照国家相关规范及标准

(1)雷电防护必须按综合防雷系统的要求进行设计，为确保防雷的科学性和先进性，防雷设计应坚持全面规划、技术先进、多重保护、综合管理、优化设计、经济合理的原则进行一体化设计。同时，防雷设计应该结合当地地质、地理、土壤、环境和气候条件，因地制宜，做出最适当的防雷设计和方案。应在认真调查地理条件、地质状况、土壤状况、气象条件、环境条件、雷电活动规律以及被保护物的特点等基础上分别采取相应的防护措施。(2)实际工程设计和施工过程中，土建设计与机电设计施工相协调。(3)注意细节问题。比如，室外管道和电缆金属外皮必须就近与接地干线有效连接，否则就起不到防止或减轻雷击损害的目的；控制室内的电缆金属外皮应焊接到联合接地装置，这样可以很好地杜绝感应雷及雷电波的侵入路径。

4.2加强对高速公路雷电防护技术的研究

面对频发的雷击事故，探讨防雷技术并将其应用到实际的公路中，具有实际意义。(1)防雷是机电系统管理维护的重要部分，应该从多方面进行全面整体的防雷研究，比如接地网、电源线、接地、电源系统、传输光缆、电缆、整体机房，以避免被雷电击中损坏。(2)加强对雷电监测技术的研究，建立雷电监测预警系统。利用雷达、卫星、雷电定位仪和大气电场仪等设施，监测和收集实时雷电信息，对于雷监测数据进行实时的数据转换，然后与地理信息数据进行统一的组织存储与管理。实现雷电发生落区、频数以及几率的临近预测。(3)尽管对一般高速公路防雷设计，《高速公路防雷设计规范》(江苏省防雷中心和湖北省防雷中心共同起草)具有普遍的指导意义，然而由于不同地区之间肯定存在着一些具体的差异，因此具体到不同地区的高速公路防雷设计不能一概而论，不能按照其他地区的成功经验照抄照搬，而是应根据当地实际具体分析。

4.3改变常规的人工抽检或不检的工作方式，加强运行与维护

(1)坚持定期维护、预防为主的原则，高速公路机电系统管理和养护工作人员要加强对各种机电系统设备的日常维护，定期维护，加强日常巡检，以便于发现问题、消除隐患。要定期检测接地网线、避雷器，并就监测记录建档，每年对接地网的接地电阻进行一次测量；雷雨季节前应对运行中的各电涌保护器及机房接地系统进行检查和维护，包括对运行中的防雷器利用元件老化测试仪进行检测，检查接地引下线有无锈蚀、接地体附近地面有无异常，连接处是否紧固、接触是否良好、防雷接地电阻是否达到要求等。为确保电涌保护器及信息系统设备的安全正常运行，在每年的雷雨季节时，相关部门必须要加强外观巡视，发现电源避雷器出现问题及时处理。(2)建立一种实时监测防雷器状态信息的高速公路防雷远程监控系统，将雷击隐患控制、消灭在萌芽状态，减少雷击损失。

5结语

一旦发生雷击将会对整条高速公路的正常运转造成极大的障碍。雷电的发生具有很大的随机性，从根本上杜绝雷电的危害是不可能的，只能将防雷措施做到最好，使雷电产生的危害降低到最小。在防雷设施的配置上不能一概而论，一定要从实际出发，坚持经济性、合理性、灵活性与因地制宜。

参考文献

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[4]林映忠.高速公路机电设备防雷接地系统浅析[J].城市建设理论研究(电子版)，2012(17).

摘要：机电系统对高速公路的基础运营有着重要作用，是高速公路顺利运行的保障。文章阐述了雷电对高速公路机电设备的影响及危害，分析了雷击事故频发的一般原因，提出了加强高速公路机电设备防雷的措施及途径。

Discussions on Lightning Protection of Expressway Electromechanical System

WANG Lu

(Guangxi Transportation Research Institute，Nanning，Guangxi，530007)

Abstract：The electromechanical system plays an important role for expressway infrastructure operators，and it is the guarantee to ensure the smooth operation of expressway.This article described the impact and hazards of lightning highway on expressway electromechanical equipment，analyzed the common causes of frequent lightning accidents，and proposed the measures and ways to strengthen the expressway electromechanical equipment lightning-protection.

Keywords：Expressway；Electromechanical system；Lightning protection；Hazards；Causes；Prevention

作者简介

中图分类号：U412.36+6.3

文献标识码：A

DOI：10.13282/j.cnki.wccst.2016.04.012

文章编号：1673-4874(2016)04-0039-04

收稿日期：2016-03-25

王露(1979—)，工程师，研究方向：机电工程。