提高水利工程防雷能力建設(shè)的實(shí)踐與思考

李 紅 周玲霞 楊蘭鳳 林佳萌

（南京市長(zhǎng)江河道管理處，江蘇 南京 210011）

0 引言

雷電是不可避免的自然災(zāi)害，地球上任何時(shí)候都有雷電在活動(dòng)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，每秒鐘就有1800 陣?yán)子?，伴隨600 次閃電，其中就有100 個(gè)炸雷擊落地面，造成建筑物的破壞、電器設(shè)備的損毀和引起火災(zāi)等。這種非常壯觀的自然現(xiàn)象，卻具有極大的破壞力，對(duì)人類(lèi)的生命、財(cái)產(chǎn)安全造成巨大的危害。1987年聯(lián)合國(guó)確定的“國(guó)際減災(zāi)十年”中，雷電為對(duì)人類(lèi)危害最大的十種災(zāi)害之一。

自1998年以來(lái)，國(guó)家各部委對(duì)各類(lèi)建筑物、電源系統(tǒng)、各類(lèi)信號(hào)控制系統(tǒng)的雷電防護(hù)下發(fā)了專(zhuān)門(mén)的文件和設(shè)計(jì)規(guī)范，對(duì)于雷電災(zāi)害的重點(diǎn)防御對(duì)象，必須安裝相應(yīng)的防雷設(shè)施，確保國(guó)家利益和人民生命財(cái)產(chǎn)安全，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)發(fā)展。

水利工程管理設(shè)施承擔(dān)著水利工程管理、維護(hù)的職責(zé)，其防雷能力的好壞直接影響著水利工程的安危和人民生命財(cái)產(chǎn)的安全，因此，提高和改善水利工程管理設(shè)施的防雷能力顯得尤為重要。

1 水利工程管理設(shè)施防雷能力現(xiàn)狀

水利工程管理設(shè)施的防雷設(shè)計(jì)和施工大多是由水利專(zhuān)業(yè)的設(shè)計(jì)和施工單位承擔(dān)，與專(zhuān)業(yè)的防雷工程設(shè)計(jì)和施工單位相比，經(jīng)常會(huì)存在考慮不夠細(xì)致或能力不足的情況。部分管理設(shè)施因年久失修，造成管理設(shè)施防雷能力不達(dá)標(biāo)或下降等問(wèn)題，以至在雷電發(fā)生時(shí)極易被雷電直擊造成管理設(shè)施損壞，影響水利工程的正常運(yùn)行，危及到人民生命財(cái)產(chǎn)的安全。同時(shí)，水利工程管理設(shè)施多處于礦野、河岸和低洼地區(qū)，管理設(shè)施又較為突出，周?chē)寥离娮杪瘦^低，容易遭受雷擊侵害。

南京是全國(guó)重點(diǎn)防洪城市之一，境內(nèi)有兩江、兩湖、兩河（秦淮河、滁河）和近300 座中小型水庫(kù)，要承泄上游176 萬(wàn)km2的洪水，防洪戰(zhàn)線長(zhǎng)達(dá)2100 多km，是典型的“洪水走廊”。水利工程管理設(shè)施遍布江、湖、河和水庫(kù)周?chē)撬こ贪踩\(yùn)行的保障。

目前，水利工程管理設(shè)施中，防雷能力現(xiàn)狀主要有以下三種情況：一是新建管理設(shè)施，防雷能力設(shè)計(jì)施工能夠滿足防雷要求；二是部分管理設(shè)施在設(shè)計(jì)施工中考慮了防雷要求，但隨著運(yùn)行時(shí)間和防雷要求的提高，原有的防雷能力遭受破壞不能滿足防雷要求；三是部分老舊管理設(shè)施在原有的條件下，防雷設(shè)計(jì)和施工要求不高，在現(xiàn)在的要求下，已不能滿足防雷要求。筆者結(jié)合近年來(lái)對(duì)沿江水利工程管理設(shè)施防雷能力提升的實(shí)踐談一點(diǎn)體會(huì)。

2 水利工程管理設(shè)施防雷能力提升實(shí)踐

2.1 管理設(shè)施選取

在水利工程管理設(shè)施防雷能力提升中，選取南京市長(zhǎng)江河道管理處棲霞管理所（以下簡(jiǎn)稱“管理所”）做為防雷能力提升的對(duì)象。該管理所承擔(dān)長(zhǎng)江南岸約50 km 堤防安全運(yùn)行的管理，已建成運(yùn)行十多年，因多年運(yùn)行，其防雷能力不足，多次遭雷電直擊，損失不菲。

管理所位于南京市棲霞區(qū)長(zhǎng)江邊，周?chē)貏?shì)空曠，無(wú)中高層建筑物，靠近明洲碼頭（煤炭堆場(chǎng)），土壤電阻率偏低，地表層無(wú)巖石分布。管理所緊鄰江邊和碼頭，有電源系統(tǒng)和弱電系統(tǒng)，電源系統(tǒng)和信號(hào)系統(tǒng)為架空入戶，建筑物內(nèi)無(wú)接地端子或等電位匯流排，電源系統(tǒng)無(wú)地線。

管理所為單體建筑物，建筑物內(nèi)有辦公區(qū)、生活區(qū)和管理機(jī)房。

2.2 防雷能力現(xiàn)狀分析

按照《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010），棲霞管理所為第三類(lèi)防雷建筑物，電子信息系統(tǒng)等級(jí)為C 級(jí)。

屋面兩側(cè)及附房避雷帶缺失（圖1）。針對(duì)此種情況，應(yīng)在缺失的建筑物屋面增加避雷帶。

避雷帶搭接處為點(diǎn)焊，安裝工藝不符合規(guī)范要求（圖2）。針對(duì)此種情況，應(yīng)在搭接處重新用匹配的材料進(jìn)行焊接。

屋面瞭望亭和太陽(yáng)能熱水器不在直擊雷防護(hù)范圍內(nèi)（圖3）。針對(duì)此種情況，應(yīng)將太陽(yáng)能熱水器的金屬支架與避雷帶電氣連通，并在瞭望亭附近安裝1 根避雷針，避雷針的高度應(yīng)能保護(hù)瞭望亭和太陽(yáng)能熱水器，計(jì)算方法詳見(jiàn)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50057-2010）中的“滾球法”（后因太陽(yáng)能熱水器被拆除，避雷針的保護(hù)范圍為瞭望亭）。

院內(nèi)停車(chē)棚的接地電阻值偏大，存在安全隱患（圖4）。針對(duì)此種情況，應(yīng)在停車(chē)棚一側(cè)安裝獨(dú)立接地系統(tǒng)，并與停車(chē)棚電氣連通。

低壓電源總進(jìn)線架空進(jìn)入建筑物三樓的總配電箱內(nèi)，其進(jìn)線端未安裝任何防雷設(shè)備。針對(duì)此種情況，最佳的防雷措施是將電源線埋地穿管，再引入建筑物室內(nèi)，且總配電柜應(yīng)置放于地下層，如無(wú)地下層則應(yīng)置放于地面一層的房間內(nèi)，并在電源進(jìn)線端安裝電源電涌保護(hù)器。但是，將電源線埋地穿管入戶，并更改總配電柜的位置，對(duì)于已建成的建筑物，需要消耗較長(zhǎng)的時(shí)間和投入較多的經(jīng)費(fèi)，因此，目前只能在電源進(jìn)線端安裝電源電涌保護(hù)器，作為電源系統(tǒng)的一級(jí)防護(hù)。另外，針對(duì)需要重點(diǎn)保護(hù)的區(qū)域，比如機(jī)房，也應(yīng)在其電源進(jìn)線端安裝電源電涌保護(hù)器，作為電源系統(tǒng)的二級(jí)防護(hù)。

圖1 屋面兩側(cè)避雷帶缺失

圖2 搭接處安裝工藝不符合規(guī)范要求

圖3 屋面瞭望亭和太陽(yáng)能熱水器不在直擊雷防護(hù)范圍內(nèi)

圖4 院內(nèi)停車(chē)棚

內(nèi)網(wǎng)、外網(wǎng)線無(wú)防雷措施。架空線應(yīng)埋地穿管入戶，原因類(lèi)同于電源線，目前尚無(wú)法實(shí)施。針對(duì)此種情況，一般采用的措施是在內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)信號(hào)進(jìn)線端口處安裝信號(hào)電涌保護(hù)器。

電源系統(tǒng)為三相四線，無(wú)地線，且三頭插座中均未接入地線。應(yīng)增加電源系統(tǒng)的地線，并在三頭插座中引入地線。

機(jī)房、辦公區(qū)域、廚房、衛(wèi)生間等區(qū)域無(wú)接地端子箱。應(yīng)設(shè)置接地端子箱，方便用于防雷接地、設(shè)備和管道的保護(hù)接地、工作接地、防靜電接地。對(duì)于已建成的建筑物，因此項(xiàng)改造需要投入較多的時(shí)間和經(jīng)費(fèi)，故目前無(wú)法實(shí)施。針對(duì)此種情況，一般采用的措施為：在機(jī)房外制作獨(dú)立接地系統(tǒng)，并引入至機(jī)房?jī)?nèi)，與等電位匯流排電氣連通，將機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜、金屬槽架、靜電地板支架、防雷設(shè)備接地線等與等電位匯流排進(jìn)行電氣連接。

2.3 防雷能力提升實(shí)施要點(diǎn)

根據(jù)管理所的實(shí)際情況，防雷工程的實(shí)施內(nèi)容如下：

（1）施工工藝應(yīng)符合圖集《防雷與接地安裝》（D501-1-4）中的要求。

（2）屋面避雷帶。對(duì)屋面避雷帶缺失部分進(jìn)行增補(bǔ)，將原有避雷帶搭接處雙面焊接，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于100 mm，拐角不得為直角或銳角，連接處應(yīng)做防腐處理；對(duì)所有避雷帶（包含支撐架）進(jìn)行刷漆防腐處理；將屋面鋼結(jié)構(gòu)與避雷帶進(jìn)行電氣連通。

（3）屋面瞭望亭避雷針。在瞭望亭的外墻側(cè)制作安裝1 根6 m 高的避雷針，避雷針針尖為0.5 m 不銹鋼材質(zhì)，支撐桿為5.5 m 熱鍍鋅鋼管，固定構(gòu)件為熱鍍鋅鋼材，并將避雷針與避雷帶進(jìn)行接地連接。

（4）屋面引下線。沿外墻拐角處各安裝1 根引下線，材料為-40×4 熱鍍鋅扁鋼，并將引下線與避雷帶和獨(dú)立接地系統(tǒng)進(jìn)行可靠電氣連接。

（5）獨(dú)立接地系統(tǒng)。在每根引下線附近地面進(jìn)行開(kāi)挖，并在地面0.5 m以下各安裝1 組獨(dú)立接地系統(tǒng)。包含每隔5 m 安裝1 根垂直接地體，且不少于3 根，每根垂直接地體之間采用水平接地體進(jìn)行電氣連通。其中，垂直接地體材料為L(zhǎng)50×50×5 熱鍍鋅角鋼；水平接地體材料為-40×4 熱鍍鋅扁鋼。

（6）鋼結(jié)構(gòu)停車(chē)棚。在院內(nèi)停車(chē)棚附近地面進(jìn)行開(kāi)挖，并在地面0.5 m以下安裝1 組獨(dú)立接地系統(tǒng)。包含每隔5 m 安裝1 根垂直接地體，且不少于3 根，每根垂直接地體之間采用水平接地體進(jìn)行電氣連通。其中，垂直接地體材料為L(zhǎng)50×50×5 熱鍍鋅角鋼；水平接地體材料為-40×4 熱鍍鋅扁鋼。

（7）電源系統(tǒng)。在低壓電源總進(jìn)線端安裝1 套電源電涌保護(hù)器，作為電源系統(tǒng)一級(jí)防護(hù)，并在電源電涌保護(hù)器前端安裝1 套空氣開(kāi)關(guān)。在低壓電源總配電柜處附近安裝1 組獨(dú)立接地系統(tǒng)，并引接地端子至總配電箱處，供電源電涌保護(hù)器接地。獨(dú)立接地系統(tǒng)每隔5 m 安裝1 根垂直接地體，且不少于3 根，每根垂直接地體之間采用水平接地體進(jìn)行電氣連通。其中，垂直接地體材料為L(zhǎng)50×50×5熱鍍鋅角鋼；水平接地體材料為-40×4 熱鍍鋅扁鋼。

（8）信號(hào)系統(tǒng)。在內(nèi)網(wǎng)和外網(wǎng)的總進(jìn)線端分別安裝信號(hào)電涌保護(hù)器。在機(jī)房外安裝1 組獨(dú)立接地系統(tǒng)，并引入至機(jī)房?jī)?nèi)，與等電位匯流排電氣連通。獨(dú)立接地系統(tǒng)每隔5 m 安裝1根垂直接地體，且不少于3 根，每根垂直接地體之間采用水平接地體進(jìn)行電氣連通。其中，垂直接地體材料為L(zhǎng)50×50×5 熱鍍鋅角鋼；水平接地體材料為-40×4 熱鍍鋅扁鋼。將機(jī)房?jī)?nèi)機(jī)柜、金屬槽架、靜電地板支架、電涌保護(hù)器接地線等與等電位匯流排電氣連接。

3 體會(huì)和建議

管理所經(jīng)過(guò)此次防雷能力的提升，效果良好，避免了管理設(shè)施遭受雷擊之害，有效保障了水利工程的安全運(yùn)行。據(jù)此，我處又對(duì)新建的六合管理所、禁采龍?zhí)痘氐裙芾碓O(shè)施按相關(guān)規(guī)范要求進(jìn)行了防雷能力的提升。通過(guò)這些防雷實(shí)踐，筆者有幾點(diǎn)體會(huì)和建議供大家參考：

3.1 體會(huì)

（1）對(duì)新建的水利工程管理設(shè)施，其防雷工程應(yīng)進(jìn)行專(zhuān)門(mén)的設(shè)計(jì)和施工，組織專(zhuān)門(mén)審查、專(zhuān)門(mén)驗(yàn)收。

（2）對(duì)已有的水利工程管理設(shè)施，應(yīng)定期進(jìn)行防雷安全檢查，排除安全隱患，確保國(guó)家利益和人民生命財(cái)產(chǎn)安全。

（3）對(duì)存在防雷工程安全隱患的水利工程管理設(shè)施，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行整改和完善，確保防雷功能滿足要求。

3.2 建議

（1）電源進(jìn)線應(yīng)埋地穿金屬管入戶，總配電間應(yīng)設(shè)置在建筑物的最底層。在總配電間內(nèi)應(yīng)安裝均壓環(huán)，并與建筑物的接地系統(tǒng)電氣連接。

（2）電源系統(tǒng)應(yīng)為三相五線，三頭插座中均應(yīng)接入地線，且地線應(yīng)符合供電局及防雷中心對(duì)于布局、阻值的規(guī)范要求。

（3）強(qiáng)電間和弱電間應(yīng)分開(kāi)，且強(qiáng)電和弱電的布線應(yīng)遠(yuǎn)離建筑物主筋。所有線纜應(yīng)放置于金屬線槽內(nèi)，并將金屬線槽進(jìn)行接地連接。

（4）在建筑物內(nèi)的機(jī)房、辦公區(qū)、廚房、衛(wèi)生間內(nèi)設(shè)置接地端子箱，方便用于防雷接地、設(shè)備和管道的保護(hù)接地、工作接地、防靜電接地。

（5）在機(jī)房?jī)?nèi)安裝等電位網(wǎng)絡(luò)，并將所有金屬框架、設(shè)備金屬外殼、接地端子箱電氣連通。

（6）對(duì)于直擊雷的保護(hù)范圍，不應(yīng)局限于建筑物，應(yīng)將院落、停車(chē)棚、室外水泵、水箱、行道、大門(mén)等均考慮在列。

4 結(jié)語(yǔ)

水利工程管理設(shè)施防雷能力是保障水利工程正常運(yùn)行的重要措施之一，應(yīng)引起管理部門(mén)的高度重視，小害不除，大災(zāi)必臨。筆者通過(guò)簡(jiǎn)單易行的防雷工程改造提升實(shí)踐，即可解決水利工程防雷能力問(wèn)題，保障了水利工程的安全運(yùn)行，效果明顯，的確是一件經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益明顯的有益嘗試。