防雷技术在宿鸭湖水库防汛与通讯设备上的应用研究

董长兴

【摘要】水库一般位于山区，偏远地区，多是雷电高发区，因此，做好水库防汛通讯设施的防雷，对保障水库防汛信息畅通十分重要。通过对河南省宿鸭湖水库的防汛与通讯设施防雷应用，提出了水库防雷形式和措施，对其他水库防雷具有一定的参考价值。

【关键词】水库；防汛与通讯；防雷

1、工程概况

宿鸭湖水库位于河南省驻马店市驿城区东24km处，属淮河流域大洪河支流汝河干流控制工程，控制流域面积4498km2，占汝河全流域面积7376km2的61%。水库下游主要排洪河道为汝河，河道安全泄量1800m3/s。水库以下地形自西北向东南倾斜，地面坡度约为1/8000。

水库于1958年8月建成，经六次除险加固，现工程标准为100年一遇洪水设计，1000年一遇洪水校核。设计水位57.39m，相应库容12.61亿m3，校核水位58.80m，总库容16.38亿m3。是一座以防洪为主的多项目综合利用的大一型水利工程，是淮河流域错峰调度的重点。

水库工程包括大坝、泄洪闸、灌溉渠首闸、水电站等几部分。

水库的防洪保护范围为汝河两岸、洪汝河区间及大洪河三岔口以下。保护范围内交通干线主要有：106国道新蔡至潢川段、开～龚公路汝南段、驻马店至周口、驻马店至新蔡的省级公路等。

随着信息化建设的迅猛发展，宿鸭湖水库防汛、通讯机房现有通讯设备、电源设备包括数字程控交换机系统、400MHz无线集群通信系统、计算机局域网、工程视频监控系统、闭路电视系统、淮河干流数字微波通信系统、防洪调度系统等。

2、雷电主要的危害形式

雷电对防汛、通讯设备损坏的主要形式是直击雷和感应雷。当带电的云层与大地上某一点之间发生迅猛的放电现象，叫做“直击雷”。直击雷通常发生在雷云对地闪击时才会对地面造成伤害，虽然直击雷发生的机率较低，而且直击雷发生时一次只能袭击一个小范围的目标，但是由于放电现象发生过程迅猛，被直接击中的目标会由于放电电流过大 ，造成的损坏程度较大。直击雷主要对铁塔等室外物体产生破坏作用，通常对直击雷使用外部防护设备如避雷针等进行防护。

第二种是感应雷，雷电在雷云之间或雷云对地放电时，在附近的户外传输信号线路、电力线、设备间连接线产生电磁感应并侵入设备，是在线路中间或终端的电子设备遭到损害的放电现象，叫做“感应雷”。感應雷虽然没有直击雷猛烈，但其发生的几率比直击雷高得多。感应雷不论雷云对地闪击还是雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害。

3、历史雷击情况

宿鸭湖水库系大型平原水库，防汛、通讯机房位于大坝下游侧，地面高程与坝顶相同，机房在三楼，四周空旷，雷击事件频繁发生。2000年、2010年、2014年都有雷击发生，特别是2000年7月13日，水库遭遇雷暴天气，水库水文遥测、程控交换机、水库洪水预报调度等系统多块主板瞬间被击穿，防汛、通讯系统全部瘫痪。

4、通讯设备的防雷措施

避免雷击有四种方法：疏导、隔离、等位、消散。根据不同的避雷途径，具体到宿鸭湖水库防汛、通讯工程的防雷设计来说，其主要的防雷措施有以下几种方法。

4.1 是在通讯铁塔安装先进避雷针进行外部防雷 距水库机房10m处建有55m通信塔一座，在铁塔顶端安装有避雷针，各设备天线尖端与避雷针不小于5m，以防止由于避雷针的存在而损坏天线的辐射图形影响通讯效果。为确保避雷效果，采取安装放射性避雷装置。放射性避雷装置安装有大气电力电容器，90%情况下，雷云下层聚集负电荷，大地感应产生正电荷。当雷云电荷聚集到一定程度，雷云对大地可视为一个场强极大的平板电容，大地正电荷通过避雷针杆到达针尖，避雷针外壳与针杆之间以绝缘材料及两组瞬间放电装置隔离，外壳感应电容器中的电位，其值远低于针尖地位，造成强烈的电位差。

4.2 是在完善建筑物防直击雷设施的同时，可以着重考虑设备的防感应雷设施。在安装通讯天线时，天线支撑杆与铁塔可靠连接，链接电阻等于零。引线从铁塔内部垂下，并每隔一段距离用铜丝与铁塔固定。

4.3 是安装避雷器实现分级防雷。在通讯塔上安装避雷针虽然经济简单，但却难做万无一失。安装避雷器实现分级防雷是防感应雷的重要手段，防雷器的残压是保护防汛、通讯设备的最重要参数，一般来讲，泄流能力强的防雷器，响应时间长，残压高。世界上没有任何一种防雷器能满足所有混合雷电冲击波、残压以及响应时间指标要求，所以应根据电源设备的绝缘等级划分防雷层次，实现多级防护，对雷电能量逐级减弱，使各级防雷器残压相互配合，最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。另外多级防护对于某一组级防雷器失效、防雷器的残压不配合设备绝缘强度等也是必需的。根据通讯站内主要电源配套设备的耐雷电冲击指标和防雷器残压要求，采取分级协调的防护措施，进行电源设备的防雷系统设置。首先在水库专用10kv供电线路上，每隔5基电杆安装避雷器1组，当低压供电线路直接进入进入通讯机房时，首先进行B级过电压保护。在引入点设置B级过压保护，B级与C级电源避雷器之间的供电线路有15m以上的距离，以确保B级避雷器的正常响应。避免C级防雷响应超前于B级防雷器。交流稳压器安装在B级防雷器的后面，C级防雷器的前面。进入机房后，在机房内配电箱的输出端加装相应的C级电源避雷器。

4.4 是机房部分的防雷装置。机房部分的防雷装置及其安装工艺、材料规格的选择等也是防雷措施的关键一环。设备安装前，在防静电地板下用铜带制作安装了接地网，设备安装过程中，确保馈线的金属外护层、PE线、数字通讯设备的机架、模拟通讯设备的机架、整流供电设备的机架、内走线架、金属门窗、空调机正常不带电的金属外壳等金属体作了等电位连接，接地电阻值符合要求。

防雷是一项系统工程，需要多方面的预防，才能构建起完整的防护体系。由于雷击现象随时都可能发生，随时都会对通讯机房和设备造成损坏，因此在通讯机房的防雷要遵守层层防护，分层防护，全面考虑。建设好防雷系统对保障防汛、通讯机房和设备的安全是非常重要，是保证通讯畅通的关键。宿鸭湖水库防汛、通讯防雷系统建成几年来，防雷效果十分显著，确保了水库安全运行。