水利水電工程中的防雷接地系統(tǒng)問(wèn)題研究

張雷珍

(上海友為工程設(shè)計(jì)有限公司，上海 200093)

防雷接地主要是通過(guò)接地網(wǎng)把雷擊產(chǎn)生的電流引入地面，進(jìn)而保障雷雨季節(jié)時(shí)建筑物的穩(wěn)定性與安全性[1]。水利水電工程由于其工程位置的特殊性，一般都位于較為空曠的區(qū)域內(nèi)，這也導(dǎo)致了工程的基礎(chǔ)建構(gòu)筑物及其電氣設(shè)備等，相比于其他工程更容易受到雷擊危害。自然雷電往往蘊(yùn)藏著巨大的電流能量，如果對(duì)其沒(méi)有進(jìn)行充分的重視，有可能產(chǎn)生較大的危害[2]。所以，要使工程在雷雨期間得以安全的工作，抓好防雷接地的工作就變得尤為重要。

1 防雷接地系統(tǒng)的重要性以及發(fā)揮作用的方式

防雷接地系統(tǒng)和人身生命安全有著密切的聯(lián)系，在發(fā)生雷擊事故的時(shí)候，所產(chǎn)生的雷電流是巨大的，雷電的巨大雷電流會(huì)沿著設(shè)備線路的走向燒毀設(shè)備，從而對(duì)一些建筑物和設(shè)備產(chǎn)生破壞力極強(qiáng)的損壞[3]，會(huì)對(duì)工程整套設(shè)備和電氣系統(tǒng)造成嚴(yán)重的威脅。但是在施工單位施工的過(guò)程中，由于有關(guān)專(zhuān)業(yè)人員往往對(duì)防雷接地系統(tǒng)的重要性認(rèn)識(shí)不到位，認(rèn)為防雷接地系統(tǒng)的技術(shù)性弱、工藝簡(jiǎn)單、防護(hù)范圍有限，因此他們對(duì)于施工過(guò)程中出現(xiàn)的不規(guī)范施工情況以及施工紕漏都表現(xiàn)的不夠重視，這就很容易導(dǎo)致工程出現(xiàn)雷擊事故和人為的用電事故。一般情況下雷電的損害形式包括了直擊雷、感應(yīng)雷以及雷電侵入波3種。在工程的設(shè)計(jì)階段，電氣設(shè)計(jì)人員會(huì)根據(jù)規(guī)范要求設(shè)置多種防雷接地的裝置，組成防雷接地系統(tǒng)，通過(guò)“泄”和“抗”的方式防止雷電傷害。一方面，通過(guò)正確的使用防雷設(shè)施，可以讓雷電的大部分電能流向地面，讓能量泄掉，另一方面，工程中各種電氣設(shè)備都具有一定的絕緣性，亦或者是采取其他補(bǔ)救的措施，讓設(shè)備抵抗雷電的能力提升。如果將“泄”和“抗”進(jìn)行恰當(dāng)?shù)慕Y(jié)合，就可以根據(jù)工程的具體情況，對(duì)工程設(shè)備進(jìn)行有效的保護(hù)，有效的減少或者避免雷擊危害，讓工程能夠更加安全可靠的運(yùn)行。

2 防雷接地系統(tǒng)施工容易出現(xiàn)的問(wèn)題

由于施工單位對(duì)工程防雷接地系統(tǒng)的施工重視程度不足，導(dǎo)致在實(shí)際施工過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)一些問(wèn)題，例如接閃帶變形，沒(méi)有預(yù)留引下線的外接線，接閃網(wǎng)網(wǎng)格尺寸不符合工程規(guī)定；連接引下線、接閃帶以及均壓環(huán)的長(zhǎng)度不符合工程規(guī)定，焊接質(zhì)量不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求；接地體的埋地深度不夠，引出線未按規(guī)定做好防腐處理；工程表面的金屬構(gòu)件沒(méi)有可靠的焊接在接地裝置上；螺栓連接處的連接片未經(jīng)過(guò)加工處理或者加工處理不到位；設(shè)備接地線安裝不合理，存在相互串聯(lián)的情況。以下對(duì)防雷接地系統(tǒng)實(shí)施過(guò)程中經(jīng)常出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行分析介紹。

2.1 接地線的問(wèn)題

防雷接地施工時(shí)需要將接地裝置以及電氣設(shè)備等通過(guò)接地線進(jìn)行可靠的焊接連通，并結(jié)合實(shí)際工程情況，確保接地裝置的合理埋設(shè)深度，這樣才能起到足夠的防雷接地效果。然而從防雷接地的實(shí)際施工狀況上來(lái)看，一些接地體防雷設(shè)備的埋設(shè)深度并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)要求，和地面之間的距離小于0.5m，同時(shí)接地線在穿過(guò)墻體的時(shí)候并沒(méi)有按照要求安裝好保護(hù)管，這就使得接地裝置運(yùn)行的安全性受到了很大的影響，容易讓防雷接地裝置的接地效果下降。

2.2 等電位聯(lián)結(jié)措施不到位

防雷接地系統(tǒng)需要根據(jù)整個(gè)工程的施工情況進(jìn)行合理的設(shè)置，特別是對(duì)于螺栓連接的位置以及水利水電工程表面突出的金屬構(gòu)造物，也必須與防雷接地裝置進(jìn)行可靠連接，實(shí)現(xiàn)等電位聯(lián)結(jié)。從目前工程防雷接地施工的實(shí)際情況上來(lái)看，一些工程的等電位聯(lián)結(jié)措施做的并不到位，尤其是對(duì)于螺栓連接的位置，經(jīng)常出現(xiàn)緊固度不滿(mǎn)足要求或者沒(méi)有經(jīng)過(guò)處理就進(jìn)行連接的問(wèn)題，這就會(huì)讓長(zhǎng)期暴露在惡劣環(huán)境下的螺栓連接位置產(chǎn)生銹蝕，從而對(duì)整個(gè)防雷基地系統(tǒng)運(yùn)行的有效性造成了極大的影響。除此以外，工程表面的一些突出的金屬構(gòu)件并沒(méi)有和防雷設(shè)備有效的連接，導(dǎo)致整個(gè)工程受到雷害的危險(xiǎn)性提升[4]。

2.3 電涌保護(hù)器選取不當(dāng)

配電系統(tǒng)的每一個(gè)配電箱柜內(nèi)都需要合理的設(shè)置電涌保護(hù)器，分級(jí)設(shè)置SPD來(lái)確保人身安全及用電設(shè)備安全是內(nèi)部防雷設(shè)計(jì)中一個(gè)重要的部分[5]。設(shè)計(jì)單位在對(duì)施工圖紙進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，對(duì)于各電氣設(shè)備均根據(jù)其所處的防雷區(qū)合理的配置了電涌保護(hù)器，并且對(duì)其試驗(yàn)類(lèi)別、標(biāo)稱(chēng)放電電流、電壓保護(hù)水平等都做了限制。但是，施工單位以及設(shè)備廠家對(duì)此往往都不夠重視，因此經(jīng)常出現(xiàn)電涌保護(hù)器的選型不當(dāng)，或者漏裝電涌保護(hù)器的情況，這也導(dǎo)致了相應(yīng)的電氣設(shè)備因受到雷擊而損壞的事故。

2.4 防雷接地施工檢查工作的不到位

在整個(gè)防雷接地系統(tǒng)完成施工后，還需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的施工情況進(jìn)行檢查，只有在施工合格了才能進(jìn)行隱蔽，具體檢查的內(nèi)容包括了是否存在裸露在外的電纜線路、金屬管件是否出現(xiàn)了銹蝕的情況、是否有線路的連接位置并沒(méi)有進(jìn)行過(guò)防銹處理等。但是在實(shí)際驗(yàn)收的過(guò)程中，常常出現(xiàn)著為了加速工程推進(jìn)速度而加速檢查驗(yàn)收進(jìn)度的情況，由于隱蔽前需要檢查的內(nèi)容非常多，容易導(dǎo)致防雷接地系統(tǒng)的細(xì)節(jié)難以得到有效的控制，這就給整個(gè)工程帶來(lái)了隱患，使得工程防雷接地的施工質(zhì)量水平受到了極大的影響。

3 提高水利工程防雷接地系統(tǒng)施工質(zhì)量措施

3.1 做好防雷接地系統(tǒng)施工前的預(yù)控工作

在防雷接地系統(tǒng)施工之前施工單位就應(yīng)該做好預(yù)控工作，同時(shí)作為施工技術(shù)人員必須能夠熟悉水利水電工程設(shè)計(jì)的技術(shù)圖紙、電氣施工圖設(shè)計(jì)總說(shuō)明等，并對(duì)其中的系統(tǒng)供電方式以及防雷接地系統(tǒng)進(jìn)行明確。第一步是要熟悉圖紙，不但需要熟悉各種電氣原理圖，還要對(duì)其中的電氣設(shè)備以及設(shè)備分布情況進(jìn)行作用分析，了解設(shè)計(jì)者的意圖。其次，還要進(jìn)行圖紙會(huì)審的工作，發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)當(dāng)中存在的問(wèn)題，如果涉及圖紙中存在的問(wèn)題應(yīng)該及時(shí)和設(shè)計(jì)單位進(jìn)行聯(lián)系，避免出現(xiàn)施工錯(cuò)誤。

水利信息化建設(shè)更多考慮系統(tǒng)通信、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用軟件集成等建設(shè)內(nèi)容及其技術(shù)指標(biāo)，忽視了系統(tǒng)設(shè)備長(zhǎng)期、安全、穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，即防雷接地系統(tǒng)，從而導(dǎo)致信息化設(shè)備運(yùn)行期間屢遭雷電侵襲，導(dǎo)致設(shè)備損壞、信息中斷等重大損失[6]。因此，對(duì)于有著特殊設(shè)備的工程系統(tǒng)，則需要明確設(shè)計(jì)圖紙中的說(shuō)明，在進(jìn)行施工之前先進(jìn)行交底工作，例如對(duì)弱電系統(tǒng)中智能化工程、信息通訊系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等，一般這些都是在設(shè)計(jì)圖紙當(dāng)中很容易出現(xiàn)疏忽或者沒(méi)有做具體說(shuō)明的內(nèi)容，所以需要嚴(yán)格按照施工規(guī)范的要求做好防雷接地設(shè)施的預(yù)埋工作。如果施工隊(duì)伍水平有限，項(xiàng)目管理人員除了做好交底工作之外，還需要加強(qiáng)對(duì)施工過(guò)程中的檢查，并且總結(jié)容易出現(xiàn)問(wèn)題的施工環(huán)節(jié)，讓施工單位注意執(zhí)行。

對(duì)于大型設(shè)備的接地問(wèn)題，需要密切留意強(qiáng)制性標(biāo)準(zhǔn)和工程驗(yàn)收規(guī)范，并檢查設(shè)計(jì)圖紙中是否存在設(shè)計(jì)漏洞，如果發(fā)現(xiàn)圖紙和規(guī)范內(nèi)容不符，所選用的材料和標(biāo)準(zhǔn)存在一定的區(qū)別，就應(yīng)該及時(shí)得向建設(shè)單位反應(yīng)，并做好與設(shè)計(jì)單位之間的對(duì)接，以保障設(shè)備使用的安全性。

3.2 加強(qiáng)對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)和過(guò)程的質(zhì)量控制

施工過(guò)程當(dāng)中容易發(fā)生質(zhì)量通病的過(guò)程應(yīng)該設(shè)置控制點(diǎn)，并對(duì)其采取相應(yīng)的事中控制措施，在施工關(guān)鍵部位環(huán)節(jié)的同時(shí)做好旁站檢測(cè)，做好事中控制工作，通過(guò)動(dòng)態(tài)化的監(jiān)督確保防雷接地系統(tǒng)的安全。

對(duì)于地基接地的焊接工作，這也是整個(gè)工程接地系統(tǒng)的重要基礎(chǔ)。對(duì)于基礎(chǔ)圈梁或者樁基鋼筋的焊接、以及基礎(chǔ)鋼筋和柱筋的焊接都需要逐一檢查，確?；A(chǔ)鋼筋跨接聯(lián)通。在接地網(wǎng)焊接完成之后要進(jìn)行電阻測(cè)試，如果電阻不滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求就需要對(duì)焊接質(zhì)量再次檢查，或者補(bǔ)做接地設(shè)施。

以柱筋為引上線的接地網(wǎng)，施工人員需要按照軸線標(biāo)記出柱的位置和鋼筋焊接的數(shù)量，避免出現(xiàn)漏焊以及錯(cuò)焊的情況，同時(shí)焊接長(zhǎng)度也必須滿(mǎn)足設(shè)計(jì)規(guī)范要求。對(duì)引上點(diǎn)和跨鋼筋焊接的部位必須做好工藝審核，引上線連接部位必須加以標(biāo)記，防止誤焊造成連接斷裂。對(duì)于結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)換層需要加強(qiáng)檢查，因?yàn)檫@個(gè)位置經(jīng)常出現(xiàn)錯(cuò)焊和漏焊的情況。

4 案例分析

4.1 工程概述

上海某排澇泵閘，采用了10kV潛水軸流水泵4臺(tái)，單臺(tái)水泵用電負(fù)荷為AC10kV，50Hz，每臺(tái)容量為310kW；閘門(mén)液壓站一套，共有2臺(tái)液壓泵，一用一備，液壓泵用電負(fù)荷為AC380/220V，50Hz，每臺(tái)容量為37kW。該項(xiàng)目在建設(shè)完成后曾經(jīng)歷了一場(chǎng)雷擊事件，造成許多設(shè)備受損。

4.2 設(shè)備遭受雷擊事故的問(wèn)題分析

雷擊事故發(fā)生后，工程設(shè)計(jì)人員和管理人員迅速地對(duì)泵閘內(nèi)的所有電力裝置和發(fā)生雷擊的具體地點(diǎn)一一檢查，并發(fā)現(xiàn)4處設(shè)備損壞：低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜(AN2)內(nèi)電涌保護(hù)器前端的A相熔斷器嚴(yán)重受損；直流柜內(nèi)的兩只充電模塊及相應(yīng)的儀表?yè)p壞；啟閉機(jī)液壓控制柜的部分儀表?yè)p壞；外河側(cè)的靠近管理房側(cè)的水位計(jì)損壞。

4.2.1低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜(AN2)內(nèi)電涌保護(hù)器前端的A相熔斷器損壞

低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜(AN2)內(nèi)電涌保護(hù)器前端的A相熔斷器是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓，該瞬時(shí)過(guò)電壓恰好與A相峰值重合，使得A相的過(guò)電壓大于另外兩相，因此A相熔斷器首先被擊穿并損壞。

4.2.2直流柜內(nèi)兩只充電模塊及相應(yīng)的儀表?yè)p壞

直流柜內(nèi)的兩只充電模塊及相應(yīng)的儀表?yè)p壞則是因?yàn)槔纂娗秩氩ㄋ鸬母袘?yīng)電壓耦合在電子器件上，使元器件發(fā)生嚴(yán)重?fù)p害。而直流柜的電涌保護(hù)器沒(méi)能產(chǎn)生防護(hù)功能并啟動(dòng)的理由主要有兩種，一是電涌保護(hù)器的動(dòng)作值為1.5kV，而電子元器件可能在1kV甚至更低時(shí)已經(jīng)被感應(yīng)電壓擊穿，其電涌保護(hù)器的選型不對(duì)；二是電涌保護(hù)器在感應(yīng)電壓超過(guò)動(dòng)作值1.5kV時(shí)還沒(méi)有動(dòng)作，其產(chǎn)品質(zhì)量有待檢驗(yàn)。

4.2.3啟閉機(jī)液壓控制柜內(nèi)部分元器件及相應(yīng)的儀表?yè)p壞

啟閉機(jī)液壓控制柜內(nèi)部分元器件及相應(yīng)地儀表?yè)p壞的原因與上述相類(lèi)似，所不同的是其電涌保護(hù)器的動(dòng)作值為2.0kV。

4.2.4外河側(cè)靠近管理房側(cè)水位計(jì)損壞

外河側(cè)靠近管理房側(cè)水位計(jì)損壞的原因是該設(shè)備及支架沒(méi)有做好接地措施，而該區(qū)域正好遭受到電磁感應(yīng)雷擊，直接導(dǎo)致設(shè)備損壞。

低壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)柜(AN2)內(nèi)電涌保護(hù)器前端的A相熔斷器的損壞屬于正常的情況，也正是因?yàn)楣駜?nèi)安裝了電涌保護(hù)器及其前端保護(hù)器件，避免了柜內(nèi)其他元器件因雷擊事故而損壞。直流柜內(nèi)兩只充電模塊及相應(yīng)的儀表?yè)p壞、啟閉機(jī)液壓控制柜內(nèi)部分元器件及相應(yīng)的儀表?yè)p壞說(shuō)明了施工單位以及設(shè)備廠家對(duì)防雷接地系統(tǒng)不夠重視，電涌保護(hù)器選型不當(dāng)，導(dǎo)致了相應(yīng)的電氣設(shè)備因受到雷擊而損壞；同時(shí)，設(shè)計(jì)單位也沒(méi)有對(duì)成套設(shè)備廠家提供的資料做好復(fù)核工作。外河側(cè)靠近管理房側(cè)水位計(jì)損壞則反映出施工單位對(duì)工程防雷接地系統(tǒng)的施工重視程度不足，沒(méi)有做好接地措施；同時(shí)，施工檢查也不到位，隱蔽工程驗(yàn)收不夠細(xì)致。

5 結(jié)語(yǔ)

防雷接地系統(tǒng)的施工問(wèn)題是多樣化的，工程設(shè)計(jì)、施工等任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)紕漏都有可能導(dǎo)致防雷接地系統(tǒng)的實(shí)施出現(xiàn)問(wèn)題，本文結(jié)合水利水電工程的工程實(shí)例對(duì)工程建設(shè)中防雷接地系統(tǒng)施工容易出現(xiàn)的問(wèn)題加以總結(jié)，可為同類(lèi)工程建設(shè)提供參考。本文僅總結(jié)歸納了部分防雷接地系統(tǒng)施工過(guò)程中的問(wèn)題和相應(yīng)的應(yīng)對(duì)措施，面對(duì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的今天，在工程建設(shè)中應(yīng)用的精密儀器也原來(lái)越多，這極大的提高了防雷接地系統(tǒng)的重要性。因此，對(duì)于防雷接地系統(tǒng)問(wèn)題的研究我們還需要進(jìn)一步的加強(qiáng)，這要才能保障工程建設(shè)中防雷接地系統(tǒng)的施工質(zhì)量，確保工程設(shè)備的及人生安全。