大黑汀大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)防雷改造技術(shù)

阮俞嫻

(水利部海委引灤工程管理局大黑汀水庫(kù)管理處， 河北 遷西 064300)

摘要：大黑汀大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)在工程建設(shè)時(shí)，由于沒(méi)考慮到防雷問(wèn)題，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，每年雷雨季節(jié)都會(huì)造成自動(dòng)化儀器設(shè)備被雷電擊壞，直接經(jīng)濟(jì)損失平均每年都在20萬(wàn)元以上。為此，通過(guò)調(diào)研分析，結(jié)合工程實(shí)際情況，制定了防雷改造實(shí)施方案，防雷系統(tǒng)建立后，沒(méi)有發(fā)生儀器設(shè)備被雷電擊壞現(xiàn)象，效果良好。

關(guān)鍵詞：大壩； 監(jiān)測(cè)自動(dòng)化； 防雷改造技術(shù)

收稿日期：2015-03-25

作者簡(jiǎn)介：阮俞嫻(1974-)，女,湖北通山人,工程師, 主要從事大壩安全監(jiān)測(cè)工作。

中圖分類(lèi)號(hào)：TV61

Lightning Protection Technology of Daheiting Dam Safety

Monitoring Automation System

Ruan Yu-xian

(Daheiting Reservoir Management Office, HWCC Yinluan Project Management Bureau of

Ministry of Water Resources, Qianxi, Hebei 064300, China)

Abstract:Without considering the problem of lightning protection, since Daheiting dam safety monitoring automation system was put into operation, the automatic instrument and equipment was struck by lightning annually, resulting in direct economic losses annually more than 200,000 Yuan. Therefore, through the investigation and analysis, combined with the actual situation of the project, the improvement scheme of lightning protection was made. After the establishment of the lightning protection system, there is no phenomenon of equipment destruction by lightning strike, and the effect is good.

Key words: dam; automatic monitoring; lightning protection reconstruction technology

1前言

大黑汀水庫(kù)位于唐山市遷西縣灤河干流上，距上游潘家口水庫(kù)35 km，是開(kāi)發(fā)灤河的大型骨干工程。工程于1973年動(dòng)工興建，1986年竣工。大壩為寬縫混凝土重力壩，壩頂全長(zhǎng)1 354.5 m，最大壩高52.8 m，壩頂高程138.8 m。

大黑汀大壩安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化工程于2002年3月開(kāi)工建設(shè)，于2002年12月完工，2003年3月通過(guò)了專(zhuān)家組的驗(yàn)收并投入試運(yùn)行。該項(xiàng)工程將大壩變形、滲流、內(nèi)部及環(huán)境量監(jiān)測(cè)統(tǒng)一納入了自動(dòng)化系統(tǒng)，使大黑汀水庫(kù)大壩安全監(jiān)測(cè)全部實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化。

工程建設(shè)時(shí)，由于沒(méi)考慮到防雷問(wèn)題，系統(tǒng)投入運(yùn)行后，每年雷雨季節(jié)都會(huì)造成自動(dòng)化儀器設(shè)備被雷電擊壞，直接經(jīng)濟(jì)損失平均每年都在20萬(wàn)元以上。為此，組織技術(shù)人員專(zhuān)門(mén)召開(kāi)了研討會(huì)、進(jìn)行調(diào)研分析，并結(jié)合工程實(shí)際情況，制定了防雷改造實(shí)施方案。防雷系統(tǒng)建立后，經(jīng)過(guò)雷雨季節(jié)的考驗(yàn)，沒(méi)有發(fā)生儀器設(shè)備被雷電擊壞現(xiàn)象，效果良好。建立該套防雷系統(tǒng)一次投資不足3 500元。

2現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查及調(diào)研情況

通過(guò)對(duì)所有損壞的儀器設(shè)備進(jìn)行仔細(xì)分析，向儀器廠家了解設(shè)備返修情況，認(rèn)為自動(dòng)化系統(tǒng)儀器損壞的最主要原因是雷擊原因造成的。為此，組織有關(guān)技術(shù)人員進(jìn)行調(diào)研分析，向儀器廠家進(jìn)行技術(shù)咨詢(xún)，并邀請(qǐng)廠家技術(shù)人員到現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了實(shí)地勘察，查找系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，研究、制定系統(tǒng)防雷施工方案。

結(jié)合以前工程實(shí)例，當(dāng)電纜從一建筑物到另一建筑物時(shí)，要考慮易受到雷擊、電源碰地、電源感應(yīng)電壓或地電壓上升等因素，必須采取措施去保護(hù)這些電纜。

有些方法可以確定電纜是否容易受到雷擊或電源的損壞，也可以知道有哪些措施可以防止建筑物、設(shè)備和線纜因火災(zāi)和雷擊而遭到毀壞。

(1)當(dāng)發(fā)生下列任何情況時(shí)，線路就被暴露在危險(xiǎn)的境地。①雷擊所引起的干擾；②工作電壓超過(guò)300 V以上而引起的電源故障；③地電壓上升到300 V以上而引起的電源故障；④50 Hz 感應(yīng)電壓值超過(guò)300 V 。

如果出現(xiàn)上述所列情況時(shí)就應(yīng)對(duì)其進(jìn)行保護(hù)。

(2) 除非下述任一條件存在，否則電纜就有可能遭到雷擊。①該地區(qū)每年遭受雷暴雨襲擊的次數(shù)只有5天或更少，而且大地的電阻率小于100 Ω·m；② 建筑物的直埋電纜小于42 m，而且電纜的連續(xù)屏蔽層在電纜的兩端都接地； ③電纜處于已接地的保護(hù)傘之內(nèi)，而此保護(hù)傘是由鄰近的高層建筑物或其他高層結(jié)構(gòu)所提供。

(3)依據(jù)以上的判斷條件，對(duì)以下幾個(gè)重點(diǎn)部位進(jìn)行了實(shí)地調(diào)查，調(diào)查的詳細(xì)情況是。①引張線保護(hù)管直埋長(zhǎng)度約1 400 m。經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)勘察和向有關(guān)人員核實(shí)可以認(rèn)為，引張線最左端和最右端的保護(hù)管是與固定引張線測(cè)點(diǎn)箱的預(yù)埋鋼筋焊接的，預(yù)埋鋼筋接地；保護(hù)管中間端沒(méi)有接地。測(cè)點(diǎn)箱與測(cè)點(diǎn)箱之間的保護(hù)管是焊接的，但測(cè)點(diǎn)箱處的保護(hù)管是斷開(kāi)的。為了確認(rèn)以上情況，用測(cè)接地電阻的搖表測(cè)了壩左的引張線保護(hù)管的接地電阻，接地電阻小于7 Ω；由于壩右和壩中混凝土面積比較廣，沒(méi)有那么長(zhǎng)的接地線，所以只用萬(wàn)用表測(cè)點(diǎn)箱處保護(hù)管管與管之間是否導(dǎo)通。測(cè)量結(jié)果表明，引張線大管(線體保護(hù)管)管與管之間是連通的，但接觸電阻比較大，約在二、三百歐姆左右。這種情況可能是由于保護(hù)管內(nèi)部氧化較嚴(yán)重，萬(wàn)用表探頭和其接觸不是很好所致。而由于現(xiàn)場(chǎng)空間狹小制約，無(wú)法對(duì)其進(jìn)一步處理后測(cè)量。引張線小管(電纜保護(hù)管)管與管之間是不通的；②三組水溫計(jì)和一支上游水位計(jì)電纜保護(hù)管沒(méi)有接地，并且管與管之間攻絲沒(méi)有焊接。周?chē)容^空曠，電纜保護(hù)管外露固定在防浪墻上游測(cè)。；③雨量計(jì)電纜保護(hù)管位于開(kāi)關(guān)站旁邊20 m處，管約長(zhǎng)200 m，基本掩埋地下30 cm處，外露約18 m。保護(hù)管沒(méi)有接地，并且管與管之間攻絲連接。保護(hù)管附近有避雷針和較高建筑；④給系統(tǒng)供電的穩(wěn)壓電源的地線接在大壩供電系統(tǒng)老配電柜的外殼上，配電柜外殼接地。一樓老配電柜零、地線是分開(kāi)的，但地線接地可能不好，有時(shí)候模機(jī)箱外殼麻手；現(xiàn)在他們使用的是二樓新的配電柜，新配電柜接地專(zhuān)門(mén)測(cè)過(guò)，接地良好。

3原因分析

通過(guò)以上的現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查，結(jié)合對(duì)損壞設(shè)備的分布位置和損壞設(shè)備的檢查，初步認(rèn)為：壩上水溫計(jì)和水位計(jì)處的電纜保護(hù)管和穩(wěn)壓電源的地線是系統(tǒng)防雷的薄弱環(huán)節(jié)。雷擊導(dǎo)致的故障主要集中在這些部位，所以要重點(diǎn)解決這些部位的防雷接地問(wèn)題。

引張線線體保護(hù)管和電纜保護(hù)管在壩中間位置是斷開(kāi)的，而兩個(gè)護(hù)管是平行的，電纜和引張線線體護(hù)管及電纜護(hù)管三者之間均存在電容，若不接地，容易產(chǎn)生電容性耦合，對(duì)系統(tǒng)儀器產(chǎn)生不利影響；若護(hù)管兩端不接地，發(fā)生雷擊時(shí)，護(hù)管兩端產(chǎn)生電壓極差，也會(huì)發(fā)生電感性耦合，同樣對(duì)系統(tǒng)造成不利影響。

為了達(dá)到系統(tǒng)的防雷，從現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備、儀器、通訊和電源線纜等多方面綜合考慮，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)根據(jù)等電位連接的原則進(jìn)行了周密研究和設(shè)計(jì)。

4防雷方案擬定及采取的主要技術(shù)措施

(1)為節(jié)省投資，充分利用了大壩工程原有供電防雷接地系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化防雷進(jìn)行多點(diǎn)重復(fù)接地。即利用壩頂照明系統(tǒng)接地體三角鐵作為主接地體，將觀測(cè)系統(tǒng)分別在XT3、XT7、F2、D5、4、10、16、22、30、35、37、42、47、52、57#壩段共15處分別與主接地體相連，形成重復(fù)接地體系。

(2)將系統(tǒng)供電的穩(wěn)壓電源改接到新配電系統(tǒng)柜處，以解決老的配電系統(tǒng)接地不良引起的故障。穩(wěn)壓電源的地線接到新配電系統(tǒng)處的接地扁鐵上。

(3)將壩頂引張線全部75個(gè)測(cè)點(diǎn)箱兩側(cè)保護(hù)管用扁鐵連成一體，并將線體保護(hù)管和電纜保護(hù)管用Φ8鋼筋連成一體，形成統(tǒng)一接地體。在方便施工地點(diǎn)選一點(diǎn)用扁鐵與左壩頭電纜溝中的接地扁鐵相連。

(4)壩上三組水溫計(jì)和一支上游水位計(jì)的電纜保護(hù)管裸露在壩體外，是系統(tǒng)防雷的薄弱環(huán)節(jié)。將水溫計(jì)和上游水位計(jì)電纜保護(hù)管凡攻絲連接處的水上部分，管與管之間都用Φ8鋼筋點(diǎn)焊在一起，使其成為一個(gè)整體。最后再將保護(hù)管與引張線電纜保護(hù)管和線體保護(hù)管用鋼筋或扁鐵連接成一體。使所有自動(dòng)化外接設(shè)備連為一體，以保持電位差的平衡。

(5)大壩上游側(cè)防浪墻外的10個(gè)DAU箱子電纜護(hù)管凡攻絲連接處均用Φ8的鋼筋焊接，以增強(qiáng)導(dǎo)電性。DAU箱外罩也通過(guò)壁掛式三角架同電纜護(hù)管連接，形成統(tǒng)一接地體。

(6)29#～33#壩段電纜溝內(nèi)的電源電纜保護(hù)管攻絲連接處兩端也用Φ8的鋼筋焊接，增強(qiáng)導(dǎo)電性。

(7)雨量計(jì)采集單元的故障主要是由于電壓波動(dòng)問(wèn)題引起的，出于穩(wěn)妥考慮，給雨量計(jì)單獨(dú)配一路NDA5100電源。另外將雨量計(jì)電纜保護(hù)管從附近避雷針接地扁鐵上斷開(kāi)，把雨量計(jì)保護(hù)管單獨(dú)接地。

(8)在系統(tǒng)總線進(jìn)入▽110廊道的DAU18處增加電源隔離變壓器一臺(tái)，將31#壩段以左的DAU電源隔離開(kāi)來(lái)。電源隔離變壓器的地線和廊道內(nèi)接地扁鐵相連。

(9)系統(tǒng)在110廊道和灌漿廊道之間的DAU17采集箱內(nèi)已安裝一臺(tái)NDA3200中繼，防雷方案中暫不考慮再增加中繼。如系統(tǒng)出現(xiàn)通信不穩(wěn)定的情況，再考慮在DAU8中增加一臺(tái)中繼。

5施工保護(hù)措施

(1)由于引張線保護(hù)管已被澆入混凝土，必須將測(cè)點(diǎn)箱兩側(cè)套裝的引張線線體保護(hù)管和電纜保護(hù)管開(kāi)鑿露出來(lái)后再進(jìn)行焊接。開(kāi)鑿時(shí)的震動(dòng)可能會(huì)損壞儀器，應(yīng)細(xì)致施工，注意保護(hù)好開(kāi)鑿砼的周?chē)鷥x器。

(2)在焊接過(guò)程中，根據(jù)調(diào)研采用了成熟的工作流程，保護(hù)電纜穿線管內(nèi)電纜。施工中，采用的工作流程(一塞二點(diǎn)三灑水原則)，無(wú)一例電纜損傷事件發(fā)生。

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