高速公路機電設備防雷探析

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摘要：自取消全國高速公路省界收費站后，全國大力建設收費門架，切換聯(lián)網(wǎng)收費系統(tǒng)，正式開始實施全國“一張網(wǎng)”運營，實行門架收費系統(tǒng)。在這種新收費模式下，高速會路的機電設備較多，包含了強弱電，綜合了電力、監(jiān)控、通訊和收費等各個不同的系統(tǒng)，現(xiàn)又新增門架系統(tǒng)，這對高速公路機電防雷有了更高的要求。防雷措施到位與否，直接影響著機電設備是否能正常運行。防雷如果沒有做到位，不但可能導致設備的損壞，還可能致使整個高速公路的系統(tǒng)崩潰。本文結(jié)合高速公路的現(xiàn)狀與新收費模式門架系統(tǒng)實際，針對防雷的相關要求和措施等進行探究。

關鍵詞：高速公路；機電設備；門架；防雷

近年，高速公路雷擊事件頻發(fā)，機電設備遭受了不同程度上的雷電破壞，雷電破壞性強，可以導致整個系統(tǒng)崩潰和癱瘓’給高速公路帶來較大經(jīng)濟損失。2019年高速公路運營模式迎來了大變革——取消全國高速公路省界收費站，實施“一張網(wǎng)”運營，并建設發(fā)展門架收費系統(tǒng)。但高速公路大多建設在較偏遠的山區(qū)，屬于雷擊事件多發(fā)地區(qū)，在此架設門架，且安裝各式電子設備，這使高速公路防雷工作遇到新的挑戰(zhàn)。

一、高速公路機電設備防雷工作現(xiàn)狀分析

（一）前期設計規(guī)范不足高速公路碁本上建設在偏遠山區(qū)，擁有相對平坦的地形，而高速公路的收費站地勢往往隆起，其設備由于本身特點，與引雷裝置相當，容易導致雷擊，比如高桿燈、鋼構(gòu)收費棚、新建設的門架。高速公路建設范圍廣，然而不管是以前的收費站建設，還是新建的門架，在設計時往往對防雷方面缺乏嚴格要求，通常按照正常的一般建筑物的規(guī)范標準來設計；在防雷設計方面也缺乏一套完整的工作模式；在施工過程中，．強弱電設備的設計和安裝防雷鏈接關注不足，還停留在防雷設計的基本單位。事實證明，在高速公路上高強度破壞電氣設備的雷電中，閃電電磁脈沖占較大的比例。同時，在設計過程中，需要對地區(qū)性雷擊有效地進行系統(tǒng)評估，不可按部就班，比如像在我國南方地區(qū)雷擊事件較多，這就需要對防雷設計提出更高要求和進行更嚴格防雷措施建設。另外，防雷工作需要實現(xiàn)相互合作，還需注意整體防雷措施。質(zhì)量監(jiān)督現(xiàn)場檢查工作中，往往只注意路基和路面施工質(zhì)量，忽視支持強弱電的質(zhì)量控制。針對這一點，設計單位應加強對高速公路防雷工作的關注，提出關于防雷技術指數(shù)的具體要求；質(zhì)量管理和監(jiān)督部門應加強高速公路線路設備質(zhì)量監(jiān)督。只有這樣，把每一個細節(jié)都做好，才能達到更好的整體防雷效果。

（二）雷電防護研究缺乏雖然我國雷電防護方面的研究取得了一定成果，但在高速公路行業(yè)中，這方面的硏究還較少，從整套的雷電防護設計到雷電防護措施，都還不夠完善。這就導致高速公路防雷技術水平較低，細節(jié)上的設計和施工大都存在缺陷，加上現(xiàn)場質(zhì)量管理和監(jiān)督的不到位，不管是防雷建設還是防雷設備，多方面達不到要求，從而不能有效地預防雷電電磁脈沖的攻擊。

（三）后期維護不到位在現(xiàn)階段高速公路運營過程中，不管是新建路段還是老路段，從建設完成至今，大都沒有做好防雷措施的后期檢査和維護工作。防雷措施建設后為避免遭受破壞，需要持續(xù)維護，比如，某地區(qū)的建筑物在后期需要重新改造，這可能破壞原有防雷的接地或皇影響了防雷的效果；其它安裝防雷設備的地方，可能在后期的工作中被拆除或是已經(jīng)損壞。而這些都需要一個完整的檢查和維護計劃，定期進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理，這樣才能使防雷措施保持有效。

（四）檔案管理數(shù)據(jù)不全雷擊事件后，雖然相關人員上報了設備更換或改造申請，但往往忽略了雷電數(shù)據(jù)，沒有將雷電進行專門記錄、歸檔，對于造成損失相對較小的雷擊事件更是忽略不計。由于對雷擊事件不夠重視，造成完整檔案記錄的缺失，針對地區(qū)雷電的統(tǒng)計分析工作無法推進，并且無法按雷電程度劃分各地的雷區(qū)，避雷防雷工作沒有得到基礎數(shù)據(jù)有力支撐，工作人員分析判斷困難。因此在檔案管理方面，應設置專門的雷電檔案管理，將每次大小雷電都記錄在案，以便對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析，這對避雷防雷工作順利進行起到至關重要的作用。

二、防雷接地

（一）雷電種類雷擊，主要分為直擊雷和感應雷直擊雷較少見，是一種嚴重的、雷電直接擊中物體的雷擊。比如，房子被雷擊落一角、樹木被雷擊劈分成兩半等等。這種嚴重的被雷劈的事件屬于直擊雷。感應雷則是指設備被雷電擊破，電子元件被雷電擊穿燒掉，這些屬于感應雷的現(xiàn)象。生活中主要因雷擊遭受損失的大部分是感應雷，往往可以使設備受到嚴重損失，甚至導致系統(tǒng)的崩潰和癱瘓。

（二）防雷接地無論是直擊雷還是感應雷，都可以造成巨大損失，因此需進行有效防護。防雷措施中有效又關鍵的就是接地。防雷接地是把來自閃電的能量通過防雷設施吸收再釋放進入大地，以達到電位補償?shù)姆椒?，同時很好地分散雷電電磁干擾能量和釋放直擊雷能量，因此防雷接地至關重要。同時需對接地有著嚴格要求，不同的防雷對象也有不同的技術參數(shù)要求。接地使雷電流迅速向大地擴散，如果防雷接地達不到要求、不夠完善，或者防雷設施存在缺陷，5P將帶來嚴重后果，可能不但沒有起到防雷的保護作用，還相反地變成招惹雷電的罪魁禍首。因此只有嚴格防雷接地，加上完整的防雷措施，才能有效地進行防雷。

三、高速公路各系統(tǒng)及門架系統(tǒng)防雷措施

（一）高速公路各系統(tǒng)防雷措施1、供配電防雷高壓電接入三相電源變壓器時，每一相都應安裝上避雷器，且避雷器的材質(zhì)應是氧化鋅材料，電源低電壓一側(cè)的零線和變壓器的外殼、電纜的金屬外套等都應該取最近距離接到地上。由配電房到電源變壓器之間的低電壓電纜電路和監(jiān)控室到配電房的輸電電路，都應該盡量在地下布線，且應采用相應的屏蔽措施。配電箱電路兩頭的屏蔽部分應采用就近原則進彳亍接地。監(jiān)控室內(nèi)的配電箱應安裝B380／40K型電源防雷箱，該防雷琯自帶遠程自動防御報警操作系統(tǒng)，它有利于遠程監(jiān)控；在低壓電屏上應安裝B380／80KA防雷箱，可有效地吸收電源線上所產(chǎn)生的高強度浪涌電流，從而起到保護系統(tǒng)安全的作用。電源電纜兩端應安裝B220／20KA電源防雷器，戶外設備應安裝2P型電源防雷器，并采用串聯(lián)的方法聯(lián)接。2、監(jiān)控系統(tǒng)防雷在每個攝像機的視頻連接處需安裝BNC防雷器，且外場云臺還需在控制線處加裝485防雷器。每臺攝像機的外殼都應就近進行有效接地，接地電陳領達到技術規(guī)范要求。3、收費系統(tǒng)防雷收費系統(tǒng)是高速公路系統(tǒng)中的重要組成部分，承擔著收費應用和收費數(shù)據(jù)的傳輸?shù)裙ぷ?。因此在收費系統(tǒng)的防雷措施上不能含糊，需要在車道工控機的網(wǎng)口端安裝R〗45型防雷器，在聯(lián)接站級系統(tǒng)和省中心網(wǎng)口端都應安裝RJ45型防雷器，同時各設備的電源端要安裝電源防雷器。各設備的外殼和電源零線都有效地進行接地。

（二）高速公路門架系統(tǒng)防雷措施門架系統(tǒng)是取消高速公路省界收費站后重要收費系統(tǒng)，是新型收費模式下的主要收費方式，由于門架系統(tǒng)建設的特殊性，防雷工作是重中之重。首先，門架基本建設在高速公路道路中間，相當于在平坦、偏僻的山區(qū)建立起隆起建筑，可以視為一座引雷裝置。其次，門架的主要材料為錒鐵。再者，門架上集成了各種主要設備，有工控機、攝像機、車牌識別、天線RSU、交換機、和電源機柜等等，都是敏感的電子設備，缺一不可，因此在防雷方面要求全面有效。針對門架的特殊性，應當有特殊的要求，以機房、電子設備、配電箱等一級的防雷要求為標準，進行設計和建設。門架接地一定要達到要求，各個設備的防雷措施拒絕偷工減料，各設備的電源部分都應接上電源防雷器，視頻、控制線、網(wǎng)絡端口等都應裝上相應的BNC、485和RJ45防雷器，并且這些防雷器必須是國家認證猶檢測合格的產(chǎn)品。

（三）其他防雷條件高速公路的機電設備基本上處于24小時不間斷運行狀態(tài)，有效保持設備穩(wěn)定性不僅取決于設備本身性能和防雷設備安裝，還需要高素質(zhì)的維護隊伍、高水平的綜合素質(zhì)、較強的防雷意識、定期檢查，以及定期檢測防雷措施和防雷設備的完好。每次雷擊過后，都應做好雷擊后的檢查檢測工作，記錄并歸檔。

四、結(jié)束語

隨著交通行業(yè)的迅速發(fā)展，高速公路的通行需求越來越高，機電設備趨向一體化、智能化，更加復雜多樣，且各種設備保持不間斷工作。然而雷電發(fā)生是隨機的，無法根本消除，因此需要提高對雷電危害的警惕，完善防雷措施，盡可能減少雷電傷害。在防雷設施配置中，必須從實際出發(fā)，理性、效率、靈活且因地制宜，做好日常維護管理工作，有效防雷，最大程度減少設備損壞。

參考文獻：

［1］江軍．基于髙速公路機電設備防雷措旌．工程抆術．2016（H）．

作者：林孔文 單位：福建省高速公路集團有限公司漳州管理分公司