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现代高速公路通信机电系统和房建防雷现状探讨

  高速公路的通信、监控、收费与通风照明系统是一个功能强大的电器、电子系统,简称高速公路机电系统。由于高速公路所涉地域广、距离长、地形复杂,极易受到雷电的干扰和危害。福建是雷电多发地区,每年高速公路机电系统都会发生很多起雷击事故。例如:高速公路厦门收费所2002年6月30日遭一次雷击,导致收费系统几乎瘫痪,损坏设备类型8种,累计金额达20余万元。我们在高速公路机电系统的建设与维护维修过程中,深受雷电带来的灾害之苦,深感高速公路防雷的重要性。本文从高速公路机电系统防雷工程目前存在的一些问题人手,提出了高速公路机电系统防雷工程的设计、施工、监理、运行维护各阶段的规范化管理要点;针对高速公路机电防雷技术特殊性提出了技术规范化方面的要点;
 
  一、高速公路招评标阶段对防雷普遍不够重视,指标不明确
 
  高速公路系统涉及面十分广泛,是一个很复杂的系统工程,既有路基、路面、隧道等道路工程,还有控制中心、服务区等大量的房建项目,机电系统包括监控系统、收费系统、通信系统、供电和照明系统以及隧道通风系统等。其房建、路基路面、机电系统通常采用分项目招投标方式,防雷工程在高速公路各系统中所占的比重往往很小,有时也难以从各系统中分离出来。由于我国高速公路建设起步较晚,国家尚未制订出台高速公路建设的有关防雷规范。在高速公路工程建设中,虽然大多招投标文件对建筑物和通信、监控、收费等机电项目都提出了防雷要求,但通常要求都不明确,也无具体技术指标,所以带来投标单位响应不全面,防雷设计普遍存在各自为政,防护措施普遍不完善,也缺少系统性,有时在一个收费站或机房仅浪涌保护器就有十多种不同厂家的产品,防雷综合性和系统性要求都较差。此外,对接地系统、机房及金属管线屏蔽、等电位连接等防雷措施也无明确要求,尤其是各类金属管线敷设通常有房建项目负责,普遍没有按照全线电气贯通、至少两端接地的技术要求施工,而一旦房建、路面完工,这些基本防雷措施就很难实现。加上许多设计施工单位对雷电的防护认识还停留在建筑物的直击雷和强电设备的防护上,对雷击电磁脉冲对弱电系统的危害认识不足,存在着不少误区,使高速公路尤其是机电项目的防雷至今还存在许多薄弱环节。
 
  二、高速公路房建和机电系统防雷缺少统一规划综合设计
 
  目前在高速公路系统中,房建、路基路面、照明、监控、通信、收费等强弱电系统由多家设计、施工单位完成,房建防雷与机电系统防雷在设计要求上普遍存在脱节现象,缺乏统一规划设计,科学合理的综合设计。
 
  高速公路防雷是一个复杂的综合防护工程,它包括建筑(构)物直击雷防护、强电系统和各类弱电系统的雷电综合防护即等电位连接措施、屏蔽措施、规范的综合布线措施、设计安装SPD、完善合理的共用接地系统等六个部分。因此防雷作为一项系统工程,只有结合高速公路整体规划,同时设计,同时施工,才能达到防护效果。
 
  以接地系统为例,不管采用何种防雷措施都需将雷电流能量泄放入地,因此,接地历来是防雷的重点和难点,为了防止地电位反击,减少地网中各点电位差,实现地网的均压等电位,接地装置不仅需要尽可能小的接地电阳值,以提高对雷电流的泄放能力,更需要良好的形状结构,接地装置的形状结构尺寸往往比接地电阻值更为重要。如高速公路收费站的接地系统应将办公楼、配电房及收费岛的所有基础钢筋作为自然接地系统并构成有机整体,便于雷电流入地并在地网均匀散流,以均衡地电位,避免地电位反击和减少地网各点电位差。一个性能优良的接地系统必须与房建、路基路面建设同步设计、同步施工,否则一旦房建、路面施工完后就很难实施,完全可能的事变成完全不可能。高速公路收费站机电设备频遭雷击损毁的原因之一就是接地系统不合理造成的,而且还很难整改。
 
  三、防雷工程设计、施工及监理人员缺乏专业防雷知识和经验
 
  由于高速公路建设工程量大,工期紧,施工难度大。大多机电系统设计施工单位无专业防雷工程设计、施工资质,设计、施工和监理人员普遍缺少必要的防雷知识和设计施工经验,对防雷区的划分和作用、联合接地系统、等电位连接、各种屏蔽措施、各类浪涌保护器的特性和作用、安装位置及安装方法等缺乏系统了解。致使防雷项目无论是防雷设计方案、施工方案和施工要求普遍达不到相应的技术要求。主要存在以下几方面问题:
 
  ◆接地系统设置不符合规范要求
 
  前几年的高速公路接地系统较多的为防直击雷接地、信号地、安全接地独立的接地方式。由于高速公路机电系统埋地敷设的各类金属管线较多,很难做到地网间的安全距离。事实上有的地网间的距离仅几厘米,有的虽然地网分开了,但接地干线在同一地沟或电缆井内紧靠在一起,极易引起地电位反击。
 
  ◆室外敷设金属线缆未采取屏蔽措施
 
  有些室外敷设的(有时长达数百米)供电电源线路、信号线及控制线等未穿金属管埋地敷设,或在建筑物入口处和金属管两端未接地。
 
  ◆电涌保护器的设置不科学或不够全面
 
  高速公路机电系统供电线路和通信控制信号线种类繁多,其浪涌保护器应根据信号特性及所处物理位置选取相应浪涌保护器,但在高速公路机电系统中浪涌保护器选用不合理或不匹配,缺乏整体概念,有时一个收费站、监控机房安装有十多种型号的不同种类浪涌保护器(SPD)。甚至有些安装了信号浪涌保护器影响了系统的正常运行。
 
  ◆电涌保护器装配问题
 
  电涌保护器的安装普遍存在两端连接导线过长、过细且缠绕的情况。当遭受雷击时,导线本身存在的电感是不能忽略的,此电感阻止大电流量、高频的雷电流利入地,同时会引起过电压,而导线的电感与本身的材质、线径、长度、弯曲度等有关,相同材质、弯曲度情况下,长度径越粗其电感量越小。所以电涌保护器连接导线应平直,且不宜超过50cm。
 
  ◆设备接地、等电位问题较多,尤其是收费站的问题
 
  车道称重机控制柜、费额显示器、车道摄像杆及护栏等大多未作接地等电位处理。在收费岛内敷设的电源线、信号线及控制线等未穿金属管或未作接地、等电位处理。
 
  ◆高速公路防雷装置缺乏定期检测检查和灾情调查分析制度
 
  为了保证防雷装置正常运行,防止防雷装置失效造成人身伤害和设备损毁事故发生,有关规范和条例明确规定防雷装置应进行定期安全检测检查和系统维护,对一般项目每年检测检查一次,对重点系统或部位应在每次发生雷击后进行检查,及时整改。目前,一些高速公路还没有建立定期检测检查制度,对检查中发现的防雷隐患也不能及时整改,致使雷灾事故重复发生。
 
  结束语
 
  总之,高速公路防雷工程是一项非常复杂的系统工程,除上述几方面应引起注意外,实际工程设计和施工过程中,在防雷结构方案的优化,技术参数的确定,防雷产品选型,施工材料的选取,施工工艺考究,防雷器安装技巧等方面都值得我们深入的研究和探讨,同时还应当因地制宜,结合实际情况,细致的周密的设计相应的防雷方案,力争取得防雷工程投资少、防护全面、配置合理、性能优良、维护方便,整个高速公路机电系统运行稳定可靠。
 
@安防展览网AFzhan

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