某收费站雷击事件调查分析

付春阳 刘贵霞 李敏茹

(1.广东省英德市气象局，广东 英德 513000;2.广东省东莞市气象局，广东 东莞 523000)

2010年6月14日16时20分时左右，英德市某收费站遭受雷击，损坏收费站车道计重收费系统称重传感器4块、叠加器4套、数据采集处理器2个;车道收费计算机1个;费额显示牌2个和附属设施一批，导致监控系统和收费系统瘫痪，造成经济损失达20多万元，幸无人伤亡。英德市防雷设施检测所接到灾情报告后，立即组成调查组到现场进行灾情调查，详细分析事故起因，并提出了相应的防雷设施整改方案。

1 现场勘察情况

1.1 建筑物地理位置及周边情况

英德市某收费站经纬度为：E113o28'32.6″，N24o15'14.8″，位于京广铁路英德区望埠路段，靠近北江沿岸。四周地势较为平坦，该收费站为孤立的建筑物，在收费亭西面、北面分别有京广铁路高压线路和10kv供电线路等电力线路架空敷设。

1.2 现场建(构)筑物及防直击雷措施

宿舍楼和收费亭，天面均装设有由避雷带、避雷网格及避雷短针混合组成的接闪器;宿舍楼天面安装1根高3m的旗杆，经检测接地良好;收费亭天面有5个独立的广告牌(字)，两侧各安装2根高1.20m避雷小针(共4根)，其规格为φ12mm普钢，并利用邻近两根柱筋作为防雷引下线，接地措施良好。以上防直击雷措施均符合相关规范要求。

1.3 防雷电波侵入及接地措施

1.3.1 总配电房处

总配电房位于宿舍楼背后，低压供电线路从变压器架空引入总配电柜(其电力系统为TN系统)，在总配电柜低压侧安装有1套标称通流容量为60kA的电涌保护器(即电源SPD)，经检查发现该电源SPD显示有13次雷击记录。

1.3.2 监控室和收费亭

监控室设有防静电地板，配电箱总开关处安装1套10kA的电源SPD;UPS前端分电源开关处安装1套单相10kA的SPD模块(已亮故障灯);监控云台、视频分配器未安装相应的信号SPD。经检测监控室内监。

控云台、金属门窗、监控主机、UPS等均无等电位连接措施。

收费亭的分电源开关处各安装有1套单相10kA的SPD模块，每条网线进入收费亭电脑前安装有网络信号SPD(但已拆除并未使用);收费主机、操作台(金属)均无等电位连接措施。

在宿舍楼背后设有一简易的防雷人工接地网。从总配电房引出的电源相线经架空沿宿舍楼墙面引入监控室，在监控室内经UPS再输出到4个收费亭(单相输出)，该监控室地线接至防雷地网上;收费亭的地线采用10mm2多股铜线与监控室地线连接，一并与电源线路、信号线路穿PVC管埋地敷设，引至每个收费亭。

1.3.3 车辆计重收费系统

收费站在4个车道上新增加了车辆计重收费系统(见图1)，其数据采集处理器主控板上安装有1套单相20kA的电源SPD模块，信号输出端安装有1套10kA的信号SPD模块，SPD模块地线接至处理器主板上。设备接地线与收费亭地线相连，经检测接地电阻R=6.40Ω;弯板传感器、叠加器、费额显示牌、摄像枪电源、信号线路上未安装相应的SPD;信号传输线采用无屏蔽层的双绞线，一并与电源线路和接地线路穿PVC管埋地敷设。

图1 计重收费系统示意图

2 雷灾原因分析

据工作人员反映，于2010年6月14日16时20分左右，该收费站附近电闪雷鸣频繁，曾目击收费亭附近有耀眼的火光，听到较响的雷声。当时供电系统停电，启动发电机供电时发现计重设备、监控、收费系统已不能正常使用。据英德市气象台资料显示：2010年6月14日，受高空槽和切变线共同影响，受灾区域出现了暴雨到大暴雨的强降水，并伴有雷暴、大风等强对流天气。

经过现场勘察分析总结，得出以下结论：由于供电线路采用TN-C系统接地的型式，且架空引入，无专用的保护地线;新增计重收费系统的设备、线路等未做等电位、屏蔽措施，而且没有安装相应的电涌保护器进行保护;又从受损的设备分析，发现大多数电气设备受损情况基本相同，均为电子元件。故认定这次雷击事故是由于该收费亭附近遭受直接雷击时，其感应的雷击电磁脉冲沿电源、视频信号线路引入，导致该收费站的计重收费系统损坏。

3 相应的防雷设施完善方案

根据以上的勘察及实测情况，经过分析，提出了以下的防雷设施完善方案。

3.1 综合布线

变压器低压电力系统应采用直埋式电缆引入，在总配电房将电缆金属层与地网就近连接;对于采用非金属护套的低压电力电缆时，应改换一段金属铠装电缆或护套电缆，穿金属道直接埋地引入，其埋地长度应符合但电缆埋地长度不应小于 15m［1]。

低压电力采用TN系统时，中性线(N)与保护线(PE)除在变压器处可共用一接地线外，应在总配电柜处应严格分开。当电子信息系统设备由TN交流配电系统供电时，配电线路必须采用TN-S系统的接地方式［2]。

电源线路不应与网络、视频信号线路同槽敷设，数据线插座与电源插座应保持一定安全距离。沿墙壁布置线路主线时，尽量避免与防雷引下线的柱筋过近，有条件的应远距离安装，以减少电磁干扰。

3.2 等电位、屏蔽措施

为减少监控机房内各金属构件与各系统之间的电位差，在监控机房采用截面积不小于50mm2铜带安装局部等电位连接带，将机房内机柜外壳、金属门窗、防静电地板、各种电缆屏蔽层、SPD接地线等均应以最短距离与等电位接地端子连接。同时，还应增加各接地线材料规格，应采用截面积不小于35mm2的绝缘铜芯导线。

为防止强大的雷电电磁脉冲在电源、视频信号、网络等线路上感应出瞬态过电压波，沿线路入侵损坏终端所接地电子仪器和设备，应将所有信号、网络及低压电源线路等均采用有金属护层的电缆直接埋地，其金属护层两端分别与监控机房地网和供电地网连接;采用非金属护套电缆时，应穿金属管埋地敷设，金属管两端就近接地，金属管全长应保持电气连接性。当系统要求一端接地时，须采用二次屏蔽处理。

3.3 电源防护措施

总电房低压配电柜电源进线处已配置了第一级的电源SPD，可以将绝大部分雷电流泻放入地，但是当较大雷电流进入时，第一级电涌保护器上的残压仍足以损坏后接设备，另外由总配电柜到其他分配电箱仍存在感应雷电波的二次入侵的可能，所以应在各分配电箱加装第二级电源SPD;在每个收费亭电源开关处及监控机房UPS后或设备前安装相应的电源SPD，作为三级保护;对重要的设备，如监控主机、数据采集处理器等加装第四级电源SPD。

SPD连接导线应短而直，其长度不宜大于0.5m。当SPD1～SPD2的线距小于10m、SPD2～SPD3线距小于5m、SPD3～SPD4线距小于5m时，应在两级SPD间加装退耦装置，宜选用有劣化显示功能的SPD。

3.4 信号系统防护措施

在广场摄像头、收费亭车道的监控摄像头、收费亭摄像枪和视频分割器、机房及财务室摄像枪、机房云台控制电脑等监控系统信号传输线路两端应安装相应的视频信号SPD。

在监控机房网络交换机至每个收费亭计算机网络端口、计重系统的弯板传感器、叠加器、数据采集处理器、费额显示牌等收费系统信号传输线路端口应安装相应的网络信号SPD。

3.5 接地措施

新增计重收费系统的接地线与监控机房接地干线相连，一条φ10mm地线主线上接多个需要接地的设备，且接地线过长，接地形式也不符合规范要求;又由于计重收费系统的设备多采用集成电路，其中各类元器件与各种回路相距较近，相互干扰甚多，另外这些设备接地线中，流过各种信号回路的电流彼此也相互干扰，原地网已不能满足设备接地要求，须考虑采用多点接地的全屏蔽方法。

为了防低频杂散电流的干扰，保证系统设备正常工作，首先应在收费亭附近增设人工接地网，供计重收费系统、监控系统等设备接地;其次，为了减少电子线路受低频干扰的影响，将计重收费系统设备至收费亭、收费亭至监控机房的所有视频信号线、网络信号线及低压电源线路均采用有金属屏蔽层的电缆，再穿金属管埋地布置，该金属管两端须就近接地，其管内的电缆可单点接地或不接地［3]。

4 结束语

综上所述，英德市某收费站遭受此次雷击事故，主要原因是未能按照国家防雷技术规范标准及当地的地理环境、建筑物使用性质、设备分布等实际情况制定科学的、切实可行的综合防雷措施。通过这次雷击事件分析可知，建筑物防雷除了注重防直击措施和防感应雷措施外，还应该综合考虑接地装置的连接形式、综合布线、等电位、屏蔽等措施，不能忽视任何雷击隐患，有效地减少和避免雷击事故的发生。

［1]中华人民共和国机械工业部.建筑物防雷设计规范GB50057-2010［S].北京：中国计划出版社，2001：7-8

［2]四川省建设厅.建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2004［S].北京：中国建筑工业出版社，2004：14

［3]梅卫群，江燕如.建筑防雷工程与设计(第二版)［J].北京：气象出版社，2004：341-344