高速公路機電設(shè)施雷電破壞及其處理措施

楊順翔

（甘肅紫光智能交通與控制技術(shù)有限公司，甘肅 蘭州 730030）

1 概述

高速公路機電系統(tǒng)較為復(fù)雜，包括很多的內(nèi)容，例如供配電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)等等。由于雷擊影響范圍很大，并且近些年信息技術(shù)的發(fā)展使得機電設(shè)備的精密程度越來越高，一旦受到雷電影響就會無法正常運行，對于整個高速公路的運行造成影響。所以為了能夠確保機電系統(tǒng)的設(shè)備可以安全穩(wěn)定運行，要對雷電破壞進行有效的防護。

2 雷電對于高速公路機電設(shè)備的危害及原因分析

2.1 雷電對于高速公路機電設(shè)備的危害

高速公路上遍布著各種類型的機電設(shè)備，這些電子類機電設(shè)備大多安置在曠野上，很容易受到雷電的破壞。雷電對高速公路機電設(shè)備的危害主要有兩類：直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷對機電設(shè)備造成危害的過程是產(chǎn)生巨大的電流，在云團和大地之間形成較大的電位差，電位差作用機電設(shè)備上造成設(shè)備的損害和破壞；感應(yīng)雷對機電設(shè)備造成危害的過程是感應(yīng)電流通過天線、電線電纜等途徑侵入機電設(shè)備的機房，對機電設(shè)備的電路產(chǎn)生破壞，甚至可能燒壞機電設(shè)備[1]。在以往高速公路的設(shè)計和施工過程中由于認(rèn)識的淺薄等原因，高速公路的防雷問題往往會遭到設(shè)計人員和施工人員的忽視，導(dǎo)致高速公路機電設(shè)備的防雷問題成為高速公路系統(tǒng)運行過程中最為薄弱的環(huán)節(jié)，雷電破壞機電設(shè)備的安全事故時有發(fā)生。遭受雷電破壞的機電設(shè)備，輕則機電設(shè)備功能喪失，無法運作，重則導(dǎo)致整個高速公路系統(tǒng)完全癱瘓，無法正常工作，車輛無法安全通行，給高速公路的安全管理構(gòu)成了嚴(yán)重的障礙，直接影響到公路運行的經(jīng)濟效益。因此保證高速公路的高效運行，對機電設(shè)備進行防雷電保護勢在必行。

2.2 高速公路機電設(shè)施雷電破壞的原因所在

1）環(huán)境方面的因素。一般情況下，高速公路的大部分都處在相對空曠的區(qū)域，并且收費站等建筑相對獨立，周邊缺少相關(guān)聯(lián)建筑，在很大程度上增加了雷電破壞的可能性。另外，高速公路的里程相對較長，并且很多高速公路都處在地形復(fù)雜的區(qū)域，這些都造成了高速公路的防雷工作難度較大。隨著技術(shù)水平的提升，高速公路中增設(shè)了越來越多的電子設(shè)備，雖然大大提升了高速公路的智慧水平，但是這些設(shè)備非常容易受到電磁干擾，也為防雷增加了困難[2]。

2）雷電防護措施相對落后。雖然近些年我國的防雷技術(shù)有了一定的提升，但是對于高速公路來說在雷電防護方面的研究還嚴(yán)重不足，這就造成了我國現(xiàn)階段高速公路雷電防護設(shè)計以及施工方面的能力相對較弱，缺少足夠有效的監(jiān)管，雷電防護措施相對落后。

3）高速公路機電設(shè)備在雷電監(jiān)測方面相對不足。為了最大程度避免機電設(shè)施受到雷電破壞，避免防雷裝置故障而造成設(shè)備和人員傷害，我國出臺了有關(guān)防雷裝置的監(jiān)測和維護規(guī)定，正常情況下要每年對其進行一次以上的檢測。另外對于較為關(guān)鍵的部位和系統(tǒng)，每次發(fā)生雷擊之后要第一時間對其進行檢查，及時發(fā)現(xiàn)并處理問題。但是從現(xiàn)階段來看，很多高速公路并沒有及時對防雷系統(tǒng)進行檢查，某些防雷系統(tǒng)發(fā)生損壞而無法發(fā)揮作用，從而造成多次頻發(fā)雷電事故。

3 高速公路機電設(shè)施防雷方式分析

3.1 監(jiān)控系統(tǒng)方面的防雷

隨著高速公路的發(fā)展，高速公路的監(jiān)控系統(tǒng)日趨完善，不僅在收費站配備有收費監(jiān)控系統(tǒng)，同時也設(shè)置有行車監(jiān)控系統(tǒng)，主要是利用攝像機來完成車輛的監(jiān)控，高速公路攝像機設(shè)置數(shù)量要和車道的數(shù)量相匹配。為了避免攝像機受到雷電的影響和破壞，可以將485 防雷器設(shè)置在每個攝像機控制系統(tǒng)當(dāng)中，一般情況下都是在攝像機的外殼中接入防雷器，也可以將其直接和地相連。另外，可以在每臺攝像機視頻輸出端口設(shè)置BNC 型的防雷設(shè)備?？偟膩碚f，不管是將防雷器安裝在攝像機外殼還是直接接地，都要遵照就近安裝的基本原則來說進行。在完成了機房監(jiān)控系統(tǒng)和攝像機視頻的連接之后，就可以將防雷器設(shè)置在不同視頻監(jiān)控的輸出端口和控制端口[3]。

另外，監(jiān)控室的配電系統(tǒng)常常采取的是三相五線以及單相三線的供電方式，常常將電力線直接引入到監(jiān)控室當(dāng)中，這就為雷電的破壞建立了路徑，所以要對其進行有效防護。一般情況下可以采取三級防護措施，首先可以通過火花間隙放電器對于絕大多數(shù)直擊雷進行有效吸收，之后可以在監(jiān)控室電源輸入端設(shè)置三相電源避雷器進行防護，能夠?qū)⒔^大多數(shù)殘余雷電吸收完畢，最后可以在專用設(shè)備輸入端設(shè)置防雷設(shè)備，能夠?qū)^電壓、容性負(fù)載、感性負(fù)載所造成的浪涌過電壓進行有效吸收，同時能夠消除掉電力線的差模干擾、共模干擾等問題。

3.2 收費系統(tǒng)方面的防雷

1）收費計算機網(wǎng)絡(luò)的防雷?？梢栽谑召M計算機網(wǎng)卡端口和HUB 間雙絞線上設(shè)置RJ45 型防雷接口和防雷器，所有防雷設(shè)備的安裝一定要按照就近原則設(shè)置在機殼上或者直接接地；

2）收費站的防雷。對于收費站來說，可以通過4×40mm 的扁鋼將收費車道、監(jiān)控機房以及配電房進行有效連接，形成一體化接地網(wǎng)絡(luò)，同時可以采取自然接地物對其進行補充，確保自然接地物和人工接地體的閉合性，確保每一處等電位。此種方式能夠有效消除不同建筑物之間的危險電位差，同時可以降低建筑物內(nèi)部的磁場強度。

3）收費亭的防雷。對于收費亭來說，要確保金屬墻體整體的電氣相連通，可以通過收費島地基的鋼筋網(wǎng)實現(xiàn)收費亭、自動欄桿、通信燈、監(jiān)控攝像機等金屬構(gòu)件的連通。

3.3 電源線路方面的防雷

對于10kV 以上的高壓線路來說，在接入到三相電變壓器時一定要在合適區(qū)域設(shè)置氧化鋅避雷器。對于低電壓線路（例如配電房到電源變壓器之間的線路）來說，可以采取地下走線的方式，并且要確保線路的長度在15m 以上。同時要加強監(jiān)控室到配電房輸電線路的保護。

對于建筑物內(nèi)部的配電箱來說，可以將電路兩側(cè)屏蔽部分就近接地。同時可以在監(jiān)控室中設(shè)置B380/40K 型電源防雷箱，此種防雷箱能夠?qū)崿F(xiàn)遠程主動防御報警。一般情況下可以將此種防雷箱設(shè)置在配電室的低壓配電屏上，這樣可以有效吸收掉電源線所產(chǎn)生的較大電流，能夠?qū)ο到y(tǒng)進行有效保護。因為收費系統(tǒng)采取的都是弱點，因此可以通過在電纜兩側(cè)設(shè)置單相電源防雷器即可，一般可以采取屏蔽式電纜、地下敷設(shè)的方式。對于戶外的攝像機來說，可以通過串聯(lián)的方式將2P 型電源防雷器設(shè)置在電源輸入端，要在地下埋設(shè)鋼管，具有護套的電纜順著鋼管敷設(shè)，之后要將配電室連接10kV電壓供電線路的末端。

3.4 通信系統(tǒng)以及交流配電系統(tǒng)防雷

對于現(xiàn)代高速公路機電系統(tǒng)來說，通信系統(tǒng)是最為重要的組成部分之一，其運行情況直接決定著整個高速公路的服務(wù)情況，對于傳輸設(shè)備的安全性具有非常大的影響。另外，通信系統(tǒng)會涉及非常多的內(nèi)容，所以為了確保其安全性防雷接地是非常重要的。一般情況下需要將兩個接地螺栓設(shè)置在傳輸設(shè)備機柜之上，采取單點接地的方式，并且設(shè)置相應(yīng)的接地線，分別為：傳輸設(shè)備工作地線、二次保護電路地線等。通過傳輸設(shè)備工作地線能夠有效連接不同直流工作電源，通過二次保護電路地線能夠?qū)⒔尤氪蟮刂笫Ｓ嗟碾姾尚遁d掉。通過此種方式能夠形成較為安全且獨立的交流系統(tǒng)，并且能夠?qū)⒛承┍Ｗo地線切斷，這對于交流配電系統(tǒng)來說是非常重要的。除此之外，也可以和配線架來共同進行防雷，但是此種情況需要設(shè)置必要的電源防雷設(shè)備，避免交流網(wǎng)形成干擾信號。

4 結(jié)束語

近些年我國高速公路建設(shè)有了快速發(fā)展，但是機電設(shè)施受到雷電破壞的問題還是較為嚴(yán)重的。本文主要分析了機電設(shè)施雷電破壞的情況，在此基礎(chǔ)上提出了相應(yīng)的處理措施。通過本文的介紹能夠?qū)Ω咚俟贩览滋峁┮欢▍⒖己蛶椭?，對于確保高速公路的正常運營是非常重要的。