基于《供排水系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的調(diào)研分析

◇王成芳 劉思漢 李玉塔 楊華 馬力

①吉安市生態(tài)氣象重點實驗室 ②江西省氣象局③江西贛象防雷檢測中心有限公司

本文采取了科學(xué)調(diào)研法，對江西省具有代表性的供水企業(yè)、排水單位進(jìn)行調(diào)研，了解供（排）水系統(tǒng)相關(guān)單位的生產(chǎn)工藝流程、經(jīng)常遭受雷擊損毀的強(qiáng)（弱）電設(shè)備、近年來發(fā)生的雷擊情況。調(diào)研發(fā)現(xiàn)：供（排）水系統(tǒng)的防雷技術(shù)特殊性取決于強(qiáng)（弱）設(shè)備部分，該部分存在相關(guān)的定義及專業(yè)術(shù)語，作重點在于防護(hù)各類的傳感器，但是一些特殊的傳感器極為敏感，普遍性的頻繁遭受雷擊。建議標(biāo)準(zhǔn)的制定人員適當(dāng)提高該類傳感器的防雷技術(shù)要求。

1 調(diào)研方法、對象

1.1 調(diào)研方法

本次調(diào)研采用的是抽樣調(diào)查的方法。該方法分四步走：第一步進(jìn)行文獻(xiàn)檢索分析，得出預(yù)調(diào)研內(nèi)容，挑選出省內(nèi)具有代表性的調(diào)研的單位；第二步利用專家座談會形式，與被調(diào)研方專家進(jìn)行會議交流，獲取該行業(yè)內(nèi)的雷電防護(hù)措施的一個整體情況，以及詳細(xì)的工藝信息；第三步深入現(xiàn)場考察，感受供排水系統(tǒng)的雷電防護(hù)需求，帶回現(xiàn)場的圖片資料。第四步整理調(diào)研獲取的資料，得出調(diào)研結(jié)論[1]。

1.2 調(diào)研對象

供水系統(tǒng)：江西洪城水業(yè)集團(tuán)下屬青云水廠；排水系統(tǒng)：南昌市城市排水處下屬站點南京西路泵站，南昌市污水處理辦公室下轄單位象湖污水處理廠、鵬鷂污水處理廠。

2 調(diào)研響應(yīng)

2.1 供水系統(tǒng)調(diào)研響應(yīng)

（1）生產(chǎn)工藝。

通過對江西省洪城水業(yè)集團(tuán)的下屬企業(yè)青云水廠調(diào)研時，得到該廠水業(yè)的相關(guān)生產(chǎn)工藝過程見圖1。

圖1 青云水廠生產(chǎn)工藝流程

（2）供電說明。

從供水廠區(qū)附近引入廠區(qū)內(nèi),外接引入電壓為十千伏，再通過特定的配變電變壓裝置，轉(zhuǎn)變?yōu)樵O(shè)備動力線路用電（380 V），民用日常用電（220V），高壓電機(jī)用電（10kV）。

（3）定義及專業(yè)術(shù)語。

平流沉淀池：一種穩(wěn)定流動沉降的池子類別，上表面一般是矩形。池子兩側(cè)分別設(shè)有入水處及排水處，裝水量區(qū)間是最小在三米而最高不超過四米是最為合適，池的長寬之比在4到5之間為合適，污泥設(shè)計在入水處。平流式沉淀池優(yōu)點是使用較廣泛，工作效果優(yōu)良，缺點則為占用地面面積比較大。

雙閥濾池：在工作時候，兩個閥門同時啟動以保持排水口的水位相同。入水口的液體高度會根據(jù)過濾水的上表面上抬從而持續(xù)在導(dǎo)流管內(nèi)上抬，當(dāng)濾水量達(dá)到一定時，在大氣壓強(qiáng)的作用下將過濾水沖洗，沖洗廢水沿導(dǎo)流管外排。

普快濾池：洗滌方式通常采用清水沖刷，通過給水裝置提供水源，通常采用精砂或木炭粉、精砂雙重過濾。

V型濾池：因其入水處與V字相似而得名，是快濾池當(dāng)中的一種形式，通常也被稱之為均粒濾料濾池（過濾所用的材質(zhì)均勻）、六閥濾池（設(shè)施內(nèi)裝有六個主要閥門）。

清水池：用于實時調(diào)整水廠給水和按照用戶不同需求給水的附屬設(shè)施，在供水設(shè)施中可以起到一定平衡作用。

投入式液位計：采用先進(jìn)的陶瓷電容壓力敏感傳感器或隔離型擴(kuò)散硅敏感元件制作而成，是利用被檢測液體靜態(tài)壓力與該液體液位形成一個特殊比值，再將靜態(tài)壓力通過特殊技術(shù)轉(zhuǎn)變成電信號，最后經(jīng)過調(diào)整線性和補(bǔ)償溫度，將其轉(zhuǎn)化成電流值最大為20毫安，電壓值最大為5伏的電信號。人們通常也把它稱之為液位傳感器、液位變（傳）送器等。

超聲波液位計：在測量中，超聲波脈沖由換能器傳感器（傳感器）發(fā)出，聲波經(jīng)液體表面反射后被相同傳感器（傳感器）接收，通過壓電晶體轉(zhuǎn)換成電信號，并以聲波的來回之間的時刻來判斷傳感器到被測液體表面的距離。

濁度分析儀：搭配工藝先進(jìn)、功能強(qiáng)大的微處理器?；贗SO7072標(biāo)準(zhǔn)，測量夾角為90°的散射光相關(guān)原理，在直徑為880nm的紅外線光源的穿過光學(xué)透鏡和通過樣品液后，得到不同數(shù)據(jù)進(jìn)行比對分析。這種設(shè)備能夠用在在不同過濾裝置場所內(nèi)，分析原有來水或者處理過的純凈水的渾濁情況。設(shè)備通常是內(nèi)里面安裝了背光液晶屏、數(shù)據(jù)存儲器乙級至少3路繼電器控制輸出。濁度控制器工作時輸出的電信號（隔離信號）最小為4mA，最大為20mA，能夠應(yīng)用在各類需要監(jiān)測、控制濁度的場所，并提供可靠的觀測數(shù)據(jù)。

余氯儀：該種儀器是一種在線用于分析余氯含量的裝置，該裝置主要包含三部分：余氯傳感器、液晶顯示器、數(shù)據(jù)處理模塊，可實時在線采集余氯、溫度數(shù)據(jù)；輸出信號為電流信號，采用隔離輸出的方式，信號范圍為4～20 mA（負(fù)載<750 Ω）。

pH分析儀：該種儀器是由傳感器、二次表組成的裝置，具有一定智能化分析能力、并具有在線使用的功能。信號為電流信號，采用隔離輸出的方式，信號范圍為0～10mA（負(fù)載小于1.5 kΩ）和4～20 mA（負(fù)載小于750Ω）兩種。電源供電采用AC220 V，50/60 Hz；

流量計：該種儀器是用于特定的時段內(nèi)測量被測液體流經(jīng)某一截面的總量的設(shè)施。輸出信號范圍為：4-20mA、0-10V，通常采用RS485、RS232等串口線進(jìn)行信號傳輸。

出廠水儀表間：存放監(jiān)測出廠水信息儀表的操作間。通常包含各類表頭：如余氯儀、PH分析儀、濁度分析儀等。

液氯報警器：用于探測液氯投放速度是否超過設(shè)定閾值的一種報警裝置，常采用24V直流供電。

2.2 排水系統(tǒng)調(diào)研響應(yīng)

（1）生產(chǎn)工藝。

在對象湖污水處理廠進(jìn)行調(diào)研時，得到其生產(chǎn)工藝：該廠的電氣設(shè)計適用于以下區(qū)域：包括粗格柵間（工藝裝置區(qū)）和進(jìn)水泵房、二次沉淀池、細(xì)格柵和旋流沉砂池、加氯間、氧化溝、脫水機(jī)房、接觸消毒池、綜合樓、輔助用房、變配電所（開閉所）、廠區(qū)外線等建構(gòu)筑物的照明、動力、防雷、消防等設(shè)計。

（2）供電說明。

象湖污水處理廠用電為二級負(fù)荷，要求提供兩路交流10/0.4kV供電電源，兩路電源互相備用。

（3）專業(yè)術(shù)語及定義。

粗格柵：由若干組互相平行的金屬物組成，傾斜放置在入水渠道，或者是進(jìn)水泵房進(jìn)口處的集水井中，達(dá)到攔截污水中體積較大的懸浮物及雜質(zhì)從而防止給水泵設(shè)施以及管網(wǎng)閥門堵塞。

進(jìn)水泵房：將前端水源加壓到一定壓力值，逆流向上供給給后續(xù)裝置。

細(xì)格柵：由若干組互相平行的金屬物組成，傾斜放置在入水渠道，從而達(dá)到不間斷清除流體中雜物的固液分離設(shè)備。

旋流沉砂池：借用外力控制水流形態(tài)與流速、從而達(dá)到促使砂礫能夠沉淀、各類流體狀有機(jī)物可以和流水共同流水，并帶走砂礫的設(shè)施。

回轉(zhuǎn)式氧化溝：在一個環(huán)狀裝置內(nèi)將活性污泥、廢水的混雜液在其中循環(huán)流動，擴(kuò)大與空氣的接觸時間，故人們又稱之為“循環(huán)曝氣池”。供氧方式通常采用垂直軸或水平軸設(shè)備，在供氧的同時也推動水流。此處的供氧指的是把自然界的空氣充入其中。

二沉池：二次沉淀池，通過微生物處理后的沉淀池稱為二沉池或最終沉淀池。目的是將泥漿和污水分隔開，使得污水澄清。濃縮后的泥漿將回流到生物處理階段。

接觸消毒池：利用滅菌試劑（次氯酸鈣、臭氧、紫外線照射等）和污水混合接觸一定時間，達(dá)到滅菌效果，這種容器就是接觸消毒池。

污泥脫水機(jī)房：此類機(jī)房單獨供電，供電電壓380VAC。裝配有污泥脫水裝置的機(jī)房。

COD分析儀：“化學(xué)需氧量”或“化學(xué)耗氧量”分析儀；工作電壓AC220V±10%/ 50Hz，表頭、探頭一體式，測量數(shù)據(jù)通過一次鎧裝線纜傳輸至主采集器。

NH3-N分析儀：氨氮分析儀；工作電壓AC220V±10%/ 最大60Hz，表（探）頭一體式。

超聲波液位計：在測量中，超聲波脈沖由換能器傳感器（傳感器）發(fā)出，聲波通過液體表面后，被反射到相同的傳感器進(jìn)行接收，由壓電晶體轉(zhuǎn)換為電信號，并以聲波的來回之間的時間間隔與傳播速度的乘積，來分析傳感器到被測液體表面的距離，用于處理這個過程的儀器就是超聲波液位計。

流量計：用于被檢測的流體的總量的測量或是在某個特定的時間間隔內(nèi)某個截面的總流體容量的儀表。

pH分析儀：由二次表和傳感器構(gòu)成，為了盡可能滿足各類場所的使用要求，可配二（三）復(fù)合電極進(jìn)行使用。

溶解氧分析儀：該儀器是通過溶解在被測液體的氧氣穿過特殊物質(zhì)組成的薄膜后被電極促成電化學(xué)反應(yīng)后還原，從而生成與氧濃度成一定比例的帶電粒子，通過測量這些帶電粒子，得到被測液體里面溶解了多少氧氣，即濃度。

污泥濃度計：是為在線實時檢測處理過程中的行業(yè)廢水或生活污水可浮動物質(zhì)的濃度的設(shè)施。輸出電流 4-20mA，信號通過RS485線纜進(jìn)行一次傳輸，供電電源AC220 V，50/60 Hz。

2.3 雷擊事故統(tǒng)計響應(yīng)

青云水廠在2016年之前液位計使用的是插入式液位計，每年都有液位計表頭被打壞。液位計更換為超聲波液位計后，后期沒有發(fā)生液位計被雷擊損壞現(xiàn)象；其他監(jiān)測儀器雖然加裝了信號SPD，但是表頭少有依然會被打壞，但是各SPD均未發(fā)生過損壞情況。南京西路泵站自建站至今，未發(fā)生過雷擊事故。象湖污水處理廠在歷史上曾發(fā)生過辦公樓遭受雷擊事故，導(dǎo)致機(jī)房內(nèi)部多臺交換機(jī)發(fā)生損壞。鵬鷂污水處理廠在歷史上曾頻繁發(fā)生高桿燈被雷電擊壞的現(xiàn)象，但后期通過改進(jìn)高桿燈的接閃裝置、接地裝置后，未發(fā)生雷擊損壞情況。

3 調(diào)研結(jié)果與建議

通過回顧調(diào)研內(nèi)容、分析調(diào)研響應(yīng)，得到以下調(diào)研結(jié)果與建議：《供排水系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的編制工作中，建（構(gòu)）筑物的直接雷擊防護(hù)與GB50057-2010一致，可參考GB50057-2010的部分內(nèi)容進(jìn)行編制，各建（構(gòu)）筑物的專有名詞，建議采用本調(diào)研報告的調(diào)研內(nèi)容；視頻監(jiān)控系統(tǒng)的防雷措施與GB50343-2012一致，可參考GB50343-2012的部分內(nèi)容進(jìn)行編制。

《供排水系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》的編制工作中的特殊內(nèi)容在于各類傳感器的防雷方式。目前，業(yè)界采用的普遍措施為加裝信號SPD或光電隔離方式。但是在加裝SPD時，應(yīng)該按照嚴(yán)格各類傳感器的工作電壓、工作電流、傳輸信號允許誤差范圍進(jìn)行SPD選型，否則可能導(dǎo)致雷電防護(hù)失效；若采用光電隔離的雷電防護(hù)措施，則應(yīng)該注意：當(dāng)光纜有金屬外皮或金屬加強(qiáng)芯時，應(yīng)該將外皮、加強(qiáng)芯雙端接地，連接處做好等電位跨接工作，確保過渡電阻＜0.03Ω。

供排水系統(tǒng)的信號線纜屏蔽接地工作中，宜采用近端單點接地的方式，避免因地中雜散電流串入信號線路，導(dǎo)致信號失真[2]。目前，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的視頻信號傳輸一般都已采用光纜傳輸，但是對于攝像頭端的防雷工作，依然需要通過加裝SPD來完成，如果是云臺攝像頭，需加裝二合一型（電源、信號）SPD。