水利水电工程中的防雷接地系统问题研究

张雷珍

(上海友为工程设计有限公司，上海 200093)

防雷接地主要是通过接地网把雷击产生的电流引入地面，进而保障雷雨季节时建筑物的稳定性与安全性[1]。水利水电工程由于其工程位置的特殊性，一般都位于较为空旷的区域内，这也导致了工程的基础建构筑物及其电气设备等，相比于其他工程更容易受到雷击危害。自然雷电往往蕴藏着巨大的电流能量，如果对其没有进行充分的重视，有可能产生较大的危害[2]。所以，要使工程在雷雨期间得以安全的工作，抓好防雷接地的工作就变得尤为重要。

1 防雷接地系统的重要性以及发挥作用的方式

防雷接地系统和人身生命安全有着密切的联系，在发生雷击事故的时候，所产生的雷电流是巨大的，雷电的巨大雷电流会沿着设备线路的走向烧毁设备，从而对一些建筑物和设备产生破坏力极强的损坏[3]，会对工程整套设备和电气系统造成严重的威胁。但是在施工单位施工的过程中，由于有关专业人员往往对防雷接地系统的重要性认识不到位，认为防雷接地系统的技术性弱、工艺简单、防护范围有限，因此他们对于施工过程中出现的不规范施工情况以及施工纰漏都表现的不够重视，这就很容易导致工程出现雷击事故和人为的用电事故。一般情况下雷电的损害形式包括了直击雷、感应雷以及雷电侵入波3种。在工程的设计阶段，电气设计人员会根据规范要求设置多种防雷接地的装置，组成防雷接地系统，通过“泄”和“抗”的方式防止雷电伤害。一方面，通过正确的使用防雷设施，可以让雷电的大部分电能流向地面，让能量泄掉，另一方面，工程中各种电气设备都具有一定的绝缘性，亦或者是采取其他补救的措施，让设备抵抗雷电的能力提升。如果将“泄”和“抗”进行恰当的结合，就可以根据工程的具体情况，对工程设备进行有效的保护，有效的减少或者避免雷击危害，让工程能够更加安全可靠的运行。

2 防雷接地系统施工容易出现的问题

由于施工单位对工程防雷接地系统的施工重视程度不足，导致在实际施工过程中经常出现一些问题，例如接闪带变形，没有预留引下线的外接线，接闪网网格尺寸不符合工程规定；连接引下线、接闪带以及均压环的长度不符合工程规定，焊接质量不满足设计要求；接地体的埋地深度不够，引出线未按规定做好防腐处理；工程表面的金属构件没有可靠的焊接在接地装置上；螺栓连接处的连接片未经过加工处理或者加工处理不到位；设备接地线安装不合理，存在相互串联的情况。以下对防雷接地系统实施过程中经常出现的问题进行分析介绍。

2.1 接地线的问题

防雷接地施工时需要将接地装置以及电气设备等通过接地线进行可靠的焊接连通，并结合实际工程情况，确保接地装置的合理埋设深度，这样才能起到足够的防雷接地效果。然而从防雷接地的实际施工状况上来看，一些接地体防雷设备的埋设深度并没有达到设计要求，和地面之间的距离小于0.5m，同时接地线在穿过墙体的时候并没有按照要求安装好保护管，这就使得接地装置运行的安全性受到了很大的影响，容易让防雷接地装置的接地效果下降。

2.2 等电位联结措施不到位

防雷接地系统需要根据整个工程的施工情况进行合理的设置，特别是对于螺栓连接的位置以及水利水电工程表面突出的金属构造物，也必须与防雷接地装置进行可靠连接，实现等电位联结。从目前工程防雷接地施工的实际情况上来看，一些工程的等电位联结措施做的并不到位，尤其是对于螺栓连接的位置，经常出现紧固度不满足要求或者没有经过处理就进行连接的问题，这就会让长期暴露在恶劣环境下的螺栓连接位置产生锈蚀，从而对整个防雷基地系统运行的有效性造成了极大的影响。除此以外，工程表面的一些突出的金属构件并没有和防雷设备有效的连接，导致整个工程受到雷害的危险性提升[4]。

2.3 电涌保护器选取不当

配电系统的每一个配电箱柜内都需要合理的设置电涌保护器，分级设置SPD来确保人身安全及用电设备安全是内部防雷设计中一个重要的部分[5]。设计单位在对施工图纸进行设计时，对于各电气设备均根据其所处的防雷区合理的配置了电涌保护器，并且对其试验类别、标称放电电流、电压保护水平等都做了限制。但是，施工单位以及设备厂家对此往往都不够重视，因此经常出现电涌保护器的选型不当，或者漏装电涌保护器的情况，这也导致了相应的电气设备因受到雷击而损坏的事故。

2.4 防雷接地施工检查工作的不到位

在整个防雷接地系统完成施工后，还需要对整个系统的施工情况进行检查，只有在施工合格了才能进行隐蔽，具体检查的内容包括了是否存在裸露在外的电缆线路、金属管件是否出现了锈蚀的情况、是否有线路的连接位置并没有进行过防锈处理等。但是在实际验收的过程中，常常出现着为了加速工程推进速度而加速检查验收进度的情况，由于隐蔽前需要检查的内容非常多，容易导致防雷接地系统的细节难以得到有效的控制，这就给整个工程带来了隐患，使得工程防雷接地的施工质量水平受到了极大的影响。

3 提高水利工程防雷接地系统施工质量措施

3.1 做好防雷接地系统施工前的预控工作

在防雷接地系统施工之前施工单位就应该做好预控工作，同时作为施工技术人员必须能够熟悉水利水电工程设计的技术图纸、电气施工图设计总说明等，并对其中的系统供电方式以及防雷接地系统进行明确。第一步是要熟悉图纸，不但需要熟悉各种电气原理图，还要对其中的电气设备以及设备分布情况进行作用分析，了解设计者的意图。其次，还要进行图纸会审的工作，发现设计当中存在的问题，如果涉及图纸中存在的问题应该及时和设计单位进行联系，避免出现施工错误。

水利信息化建设更多考虑系统通信、网络、应用软件集成等建设内容及其技术指标，忽视了系统设备长期、安全、稳定运行的基础，即防雷接地系统，从而导致信息化设备运行期间屡遭雷电侵袭，导致设备损坏、信息中断等重大损失[6]。因此，对于有着特殊设备的工程系统，则需要明确设计图纸中的说明，在进行施工之前先进行交底工作，例如对弱电系统中智能化工程、信息通讯系统、计算机监控系统等，一般这些都是在设计图纸当中很容易出现疏忽或者没有做具体说明的内容，所以需要严格按照施工规范的要求做好防雷接地设施的预埋工作。如果施工队伍水平有限，项目管理人员除了做好交底工作之外，还需要加强对施工过程中的检查，并且总结容易出现问题的施工环节，让施工单位注意执行。

对于大型设备的接地问题，需要密切留意强制性标准和工程验收规范，并检查设计图纸中是否存在设计漏洞，如果发现图纸和规范内容不符，所选用的材料和标准存在一定的区别，就应该及时得向建设单位反应，并做好与设计单位之间的对接，以保障设备使用的安全性。

3.2 加强对关键环节和过程的质量控制

施工过程当中容易发生质量通病的过程应该设置控制点，并对其采取相应的事中控制措施，在施工关键部位环节的同时做好旁站检测，做好事中控制工作，通过动态化的监督确保防雷接地系统的安全。

对于地基接地的焊接工作，这也是整个工程接地系统的重要基础。对于基础圈梁或者桩基钢筋的焊接、以及基础钢筋和柱筋的焊接都需要逐一检查，确保基础钢筋跨接联通。在接地网焊接完成之后要进行电阻测试，如果电阻不满足设计要求就需要对焊接质量再次检查，或者补做接地设施。

以柱筋为引上线的接地网，施工人员需要按照轴线标记出柱的位置和钢筋焊接的数量，避免出现漏焊以及错焊的情况，同时焊接长度也必须满足设计规范要求。对引上点和跨钢筋焊接的部位必须做好工艺审核，引上线连接部位必须加以标记，防止误焊造成连接断裂。对于结构转换层需要加强检查，因为这个位置经常出现错焊和漏焊的情况。

4 案例分析

4.1 工程概述

上海某排涝泵闸，采用了10kV潜水轴流水泵4台，单台水泵用电负荷为AC10kV，50Hz，每台容量为310kW；闸门液压站一套，共有2台液压泵，一用一备，液压泵用电负荷为AC380/220V，50Hz，每台容量为37kW。该项目在建设完成后曾经历了一场雷击事件，造成许多设备受损。

4.2 设备遭受雷击事故的问题分析

雷击事故发生后，工程设计人员和管理人员迅速地对泵闸内的所有电力装置和发生雷击的具体地点一一检查，并发现4处设备损坏：低压进线开关柜(AN2)内电涌保护器前端的A相熔断器严重受损；直流柜内的两只充电模块及相应的仪表损坏；启闭机液压控制柜的部分仪表损坏；外河侧的靠近管理房侧的水位计损坏。

4.2.1低压进线开关柜(AN2)内电涌保护器前端的A相熔断器损坏

低压进线开关柜(AN2)内电涌保护器前端的A相熔断器是因为电磁感应产生的感应过电压，该瞬时过电压恰好与A相峰值重合，使得A相的过电压大于另外两相，因此A相熔断器首先被击穿并损坏。

4.2.2直流柜内两只充电模块及相应的仪表损坏

直流柜内的两只充电模块及相应的仪表损坏则是因为雷电侵入波所引起的感应电压耦合在电子器件上，使元器件发生严重损害。而直流柜的电涌保护器没能产生防护功能并启动的理由主要有两种，一是电涌保护器的动作值为1.5kV，而电子元器件可能在1kV甚至更低时已经被感应电压击穿，其电涌保护器的选型不对；二是电涌保护器在感应电压超过动作值1.5kV时还没有动作，其产品质量有待检验。

4.2.3启闭机液压控制柜内部分元器件及相应的仪表损坏

启闭机液压控制柜内部分元器件及相应地仪表损坏的原因与上述相类似，所不同的是其电涌保护器的动作值为2.0kV。

4.2.4外河侧靠近管理房侧水位计损坏

外河侧靠近管理房侧水位计损坏的原因是该设备及支架没有做好接地措施，而该区域正好遭受到电磁感应雷击，直接导致设备损坏。

低压进线开关柜(AN2)内电涌保护器前端的A相熔断器的损坏属于正常的情况，也正是因为柜内安装了电涌保护器及其前端保护器件，避免了柜内其他元器件因雷击事故而损坏。直流柜内两只充电模块及相应的仪表损坏、启闭机液压控制柜内部分元器件及相应的仪表损坏说明了施工单位以及设备厂家对防雷接地系统不够重视，电涌保护器选型不当，导致了相应的电气设备因受到雷击而损坏；同时，设计单位也没有对成套设备厂家提供的资料做好复核工作。外河侧靠近管理房侧水位计损坏则反映出施工单位对工程防雷接地系统的施工重视程度不足，没有做好接地措施；同时，施工检查也不到位，隐蔽工程验收不够细致。

5 结语

防雷接地系统的施工问题是多样化的，工程设计、施工等任何一个环节出现纰漏都有可能导致防雷接地系统的实施出现问题，本文结合水利水电工程的工程实例对工程建设中防雷接地系统施工容易出现的问题加以总结，可为同类工程建设提供参考。本文仅总结归纳了部分防雷接地系统施工过程中的问题和相应的应对措施，面对科学技术飞速发展的今天，在工程建设中应用的精密仪器也原来越多，这极大的提高了防雷接地系统的重要性。因此，对于防雷接地系统问题的研究我们还需要进一步的加强，这要才能保障工程建设中防雷接地系统的施工质量，确保工程设备的及人生安全。