某收費(fèi)站雷擊事件調(diào)查分析

付春陽 劉貴霞 李敏茹

(1.廣東省英德市氣象局，廣東 英德 513000;2.廣東省東莞市氣象局，廣東 東莞 523000)

2010年6月14日16時(shí)20分時(shí)左右，英德市某收費(fèi)站遭受雷擊，損壞收費(fèi)站車道計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)稱重傳感器4塊、疊加器4套、數(shù)據(jù)采集處理器2個(gè);車道收費(fèi)計(jì)算機(jī)1個(gè);費(fèi)額顯示牌2個(gè)和附屬設(shè)施一批，導(dǎo)致監(jiān)控系統(tǒng)和收費(fèi)系統(tǒng)癱瘓，造成經(jīng)濟(jì)損失達(dá)20多萬元，幸無人傷亡。英德市防雷設(shè)施檢測所接到災(zāi)情報(bào)告后，立即組成調(diào)查組到現(xiàn)場進(jìn)行災(zāi)情調(diào)查，詳細(xì)分析事故起因，并提出了相應(yīng)的防雷設(shè)施整改方案。

1 現(xiàn)場勘察情況

1.1 建筑物地理位置及周邊情況

英德市某收費(fèi)站經(jīng)緯度為：E113o28'32.6″，N24o15'14.8″，位于京廣鐵路英德區(qū)望埠路段，靠近北江沿岸。四周地勢較為平坦，該收費(fèi)站為孤立的建筑物，在收費(fèi)亭西面、北面分別有京廣鐵路高壓線路和10kv供電線路等電力線路架空敷設(shè)。

1.2 現(xiàn)場建(構(gòu))筑物及防直擊雷措施

宿舍樓和收費(fèi)亭，天面均裝設(shè)有由避雷帶、避雷網(wǎng)格及避雷短針混合組成的接閃器;宿舍樓天面安裝1根高3m的旗桿，經(jīng)檢測接地良好;收費(fèi)亭天面有5個(gè)獨(dú)立的廣告牌(字)，兩側(cè)各安裝2根高1.20m避雷小針(共4根)，其規(guī)格為φ12mm普鋼，并利用鄰近兩根柱筋作為防雷引下線，接地措施良好。以上防直擊雷措施均符合相關(guān)規(guī)范要求。

1.3 防雷電波侵入及接地措施

1.3.1 總配電房處

總配電房位于宿舍樓背后，低壓供電線路從變壓器架空引入總配電柜(其電力系統(tǒng)為TN系統(tǒng))，在總配電柜低壓側(cè)安裝有1套標(biāo)稱通流容量為60kA的電涌保護(hù)器(即電源SPD)，經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)該電源SPD顯示有13次雷擊記錄。

1.3.2 監(jiān)控室和收費(fèi)亭

監(jiān)控室設(shè)有防靜電地板，配電箱總開關(guān)處安裝1套10kA的電源SPD;UPS前端分電源開關(guān)處安裝1套單相10kA的SPD模塊(已亮故障燈);監(jiān)控云臺(tái)、視頻分配器未安裝相應(yīng)的信號(hào)SPD。經(jīng)檢測監(jiān)控室內(nèi)監(jiān)。

控云臺(tái)、金屬門窗、監(jiān)控主機(jī)、UPS等均無等電位連接措施。

收費(fèi)亭的分電源開關(guān)處各安裝有1套單相10kA的SPD模塊，每條網(wǎng)線進(jìn)入收費(fèi)亭電腦前安裝有網(wǎng)絡(luò)信號(hào)SPD(但已拆除并未使用);收費(fèi)主機(jī)、操作臺(tái)(金屬)均無等電位連接措施。

在宿舍樓背后設(shè)有一簡易的防雷人工接地網(wǎng)。從總配電房引出的電源相線經(jīng)架空沿宿舍樓墻面引入監(jiān)控室，在監(jiān)控室內(nèi)經(jīng)UPS再輸出到4個(gè)收費(fèi)亭(單相輸出)，該監(jiān)控室地線接至防雷地網(wǎng)上;收費(fèi)亭的地線采用10mm2多股銅線與監(jiān)控室地線連接，一并與電源線路、信號(hào)線路穿PVC管埋地敷設(shè)，引至每個(gè)收費(fèi)亭。

1.3.3 車輛計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)

收費(fèi)站在4個(gè)車道上新增加了車輛計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)(見圖1)，其數(shù)據(jù)采集處理器主控板上安裝有1套單相20kA的電源SPD模塊，信號(hào)輸出端安裝有1套10kA的信號(hào)SPD模塊，SPD模塊地線接至處理器主板上。設(shè)備接地線與收費(fèi)亭地線相連，經(jīng)檢測接地電阻R=6.40Ω;彎板傳感器、疊加器、費(fèi)額顯示牌、攝像槍電源、信號(hào)線路上未安裝相應(yīng)的SPD;信號(hào)傳輸線采用無屏蔽層的雙絞線，一并與電源線路和接地線路穿PVC管埋地敷設(shè)。

圖1 計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)示意圖

2 雷災(zāi)原因分析

據(jù)工作人員反映，于2010年6月14日16時(shí)20分左右，該收費(fèi)站附近電閃雷鳴頻繁，曾目擊收費(fèi)亭附近有耀眼的火光，聽到較響的雷聲。當(dāng)時(shí)供電系統(tǒng)停電，啟動(dòng)發(fā)電機(jī)供電時(shí)發(fā)現(xiàn)計(jì)重設(shè)備、監(jiān)控、收費(fèi)系統(tǒng)已不能正常使用。據(jù)英德市氣象臺(tái)資料顯示：2010年6月14日，受高空槽和切變線共同影響，受災(zāi)區(qū)域出現(xiàn)了暴雨到大暴雨的強(qiáng)降水，并伴有雷暴、大風(fēng)等強(qiáng)對流天氣。

經(jīng)過現(xiàn)場勘察分析總結(jié)，得出以下結(jié)論：由于供電線路采用TN-C系統(tǒng)接地的型式，且架空引入，無專用的保護(hù)地線;新增計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)備、線路等未做等電位、屏蔽措施，而且沒有安裝相應(yīng)的電涌保護(hù)器進(jìn)行保護(hù);又從受損的設(shè)備分析，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)電氣設(shè)備受損情況基本相同，均為電子元件。故認(rèn)定這次雷擊事故是由于該收費(fèi)亭附近遭受直接雷擊時(shí)，其感應(yīng)的雷擊電磁脈沖沿電源、視頻信號(hào)線路引入，導(dǎo)致該收費(fèi)站的計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)損壞。

3 相應(yīng)的防雷設(shè)施完善方案

根據(jù)以上的勘察及實(shí)測情況，經(jīng)過分析，提出了以下的防雷設(shè)施完善方案。

3.1 綜合布線

變壓器低壓電力系統(tǒng)應(yīng)采用直埋式電纜引入，在總配電房將電纜金屬層與地網(wǎng)就近連接;對于采用非金屬護(hù)套的低壓電力電纜時(shí)，應(yīng)改換一段金屬鎧裝電纜或護(hù)套電纜，穿金屬道直接埋地引入，其埋地長度應(yīng)符合但電纜埋地長度不應(yīng)小于 15m［1]。

低壓電力采用TN系統(tǒng)時(shí)，中性線(N)與保護(hù)線(PE)除在變壓器處可共用一接地線外，應(yīng)在總配電柜處應(yīng)嚴(yán)格分開。當(dāng)電子信息系統(tǒng)設(shè)備由TN交流配電系統(tǒng)供電時(shí)，配電線路必須采用TN-S系統(tǒng)的接地方式［2]。

電源線路不應(yīng)與網(wǎng)絡(luò)、視頻信號(hào)線路同槽敷設(shè)，數(shù)據(jù)線插座與電源插座應(yīng)保持一定安全距離。沿墻壁布置線路主線時(shí)，盡量避免與防雷引下線的柱筋過近，有條件的應(yīng)遠(yuǎn)距離安裝，以減少電磁干擾。

3.2 等電位、屏蔽措施

為減少監(jiān)控機(jī)房內(nèi)各金屬構(gòu)件與各系統(tǒng)之間的電位差，在監(jiān)控機(jī)房采用截面積不小于50mm2銅帶安裝局部等電位連接帶，將機(jī)房內(nèi)機(jī)柜外殼、金屬門窗、防靜電地板、各種電纜屏蔽層、SPD接地線等均應(yīng)以最短距離與等電位接地端子連接。同時(shí)，還應(yīng)增加各接地線材料規(guī)格，應(yīng)采用截面積不小于35mm2的絕緣銅芯導(dǎo)線。

為防止強(qiáng)大的雷電電磁脈沖在電源、視頻信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)等線路上感應(yīng)出瞬態(tài)過電壓波，沿線路入侵損壞終端所接地電子儀器和設(shè)備，應(yīng)將所有信號(hào)、網(wǎng)絡(luò)及低壓電源線路等均采用有金屬護(hù)層的電纜直接埋地，其金屬護(hù)層兩端分別與監(jiān)控機(jī)房地網(wǎng)和供電地網(wǎng)連接;采用非金屬護(hù)套電纜時(shí)，應(yīng)穿金屬管埋地敷設(shè)，金屬管兩端就近接地，金屬管全長應(yīng)保持電氣連接性。當(dāng)系統(tǒng)要求一端接地時(shí)，須采用二次屏蔽處理。

3.3 電源防護(hù)措施

總電房低壓配電柜電源進(jìn)線處已配置了第一級的電源SPD，可以將絕大部分雷電流瀉放入地，但是當(dāng)較大雷電流進(jìn)入時(shí)，第一級電涌保護(hù)器上的殘壓仍足以損壞后接設(shè)備，另外由總配電柜到其他分配電箱仍存在感應(yīng)雷電波的二次入侵的可能，所以應(yīng)在各分配電箱加裝第二級電源SPD;在每個(gè)收費(fèi)亭電源開關(guān)處及監(jiān)控機(jī)房UPS后或設(shè)備前安裝相應(yīng)的電源SPD，作為三級保護(hù);對重要的設(shè)備，如監(jiān)控主機(jī)、數(shù)據(jù)采集處理器等加裝第四級電源SPD。

SPD連接導(dǎo)線應(yīng)短而直，其長度不宜大于0.5m。當(dāng)SPD1～SPD2的線距小于10m、SPD2～SPD3線距小于5m、SPD3～SPD4線距小于5m時(shí)，應(yīng)在兩級SPD間加裝退耦裝置，宜選用有劣化顯示功能的SPD。

3.4 信號(hào)系統(tǒng)防護(hù)措施

在廣場攝像頭、收費(fèi)亭車道的監(jiān)控?cái)z像頭、收費(fèi)亭攝像槍和視頻分割器、機(jī)房及財(cái)務(wù)室攝像槍、機(jī)房云臺(tái)控制電腦等監(jiān)控系統(tǒng)信號(hào)傳輸線路兩端應(yīng)安裝相應(yīng)的視頻信號(hào)SPD。

在監(jiān)控機(jī)房網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)至每個(gè)收費(fèi)亭計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)端口、計(jì)重系統(tǒng)的彎板傳感器、疊加器、數(shù)據(jù)采集處理器、費(fèi)額顯示牌等收費(fèi)系統(tǒng)信號(hào)傳輸線路端口應(yīng)安裝相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)信號(hào)SPD。

3.5 接地措施

新增計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的接地線與監(jiān)控機(jī)房接地干線相連，一條φ10mm地線主線上接多個(gè)需要接地的設(shè)備，且接地線過長，接地形式也不符合規(guī)范要求;又由于計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)的設(shè)備多采用集成電路，其中各類元器件與各種回路相距較近，相互干擾甚多，另外這些設(shè)備接地線中，流過各種信號(hào)回路的電流彼此也相互干擾，原地網(wǎng)已不能滿足設(shè)備接地要求，須考慮采用多點(diǎn)接地的全屏蔽方法。

為了防低頻雜散電流的干擾，保證系統(tǒng)設(shè)備正常工作，首先應(yīng)在收費(fèi)亭附近增設(shè)人工接地網(wǎng)，供計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等設(shè)備接地;其次，為了減少電子線路受低頻干擾的影響，將計(jì)重收費(fèi)系統(tǒng)設(shè)備至收費(fèi)亭、收費(fèi)亭至監(jiān)控機(jī)房的所有視頻信號(hào)線、網(wǎng)絡(luò)信號(hào)線及低壓電源線路均采用有金屬屏蔽層的電纜，再穿金屬管埋地布置，該金屬管兩端須就近接地，其管內(nèi)的電纜可單點(diǎn)接地或不接地［3]。

4 結(jié)束語

綜上所述，英德市某收費(fèi)站遭受此次雷擊事故，主要原因是未能按照國家防雷技術(shù)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及當(dāng)?shù)氐牡乩憝h(huán)境、建筑物使用性質(zhì)、設(shè)備分布等實(shí)際情況制定科學(xué)的、切實(shí)可行的綜合防雷措施。通過這次雷擊事件分析可知，建筑物防雷除了注重防直擊措施和防感應(yīng)雷措施外，還應(yīng)該綜合考慮接地裝置的連接形式、綜合布線、等電位、屏蔽等措施，不能忽視任何雷擊隱患，有效地減少和避免雷擊事故的發(fā)生。

［1]中華人民共和國機(jī)械工業(yè)部.建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范GB50057-2010［S].北京：中國計(jì)劃出版社，2001：7-8

［2]四川省建設(shè)廳.建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范GB50343-2004［S].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2004：14

［3]梅衛(wèi)群，江燕如.建筑防雷工程與設(shè)計(jì)(第二版)［J].北京：氣象出版社，2004：341-344