提高水利工程防雷能力建设的实践与思考

李 红 周玲霞 杨兰凤 林佳萌

（南京市长江河道管理处，江苏 南京 210011）

0 引言

雷电是不可避免的自然灾害，地球上任何时候都有雷电在活动。据统计，每秒钟就有1800 阵雷雨，伴随600 次闪电，其中就有100 个炸雷击落地面，造成建筑物的破坏、电器设备的损毁和引起火灾等。这种非常壮观的自然现象，却具有极大的破坏力，对人类的生命、财产安全造成巨大的危害。1987年联合国确定的“国际减灾十年”中，雷电为对人类危害最大的十种灾害之一。

自1998年以来，国家各部委对各类建筑物、电源系统、各类信号控制系统的雷电防护下发了专门的文件和设计规范，对于雷电灾害的重点防御对象，必须安装相应的防雷设施，确保国家利益和人民生命财产安全，促进经济建设和社会发展。

水利工程管理设施承担着水利工程管理、维护的职责，其防雷能力的好坏直接影响着水利工程的安危和人民生命财产的安全，因此，提高和改善水利工程管理设施的防雷能力显得尤为重要。

1 水利工程管理设施防雷能力现状

水利工程管理设施的防雷设计和施工大多是由水利专业的设计和施工单位承担，与专业的防雷工程设计和施工单位相比，经常会存在考虑不够细致或能力不足的情况。部分管理设施因年久失修，造成管理设施防雷能力不达标或下降等问题，以至在雷电发生时极易被雷电直击造成管理设施损坏，影响水利工程的正常运行，危及到人民生命财产的安全。同时，水利工程管理设施多处于矿野、河岸和低洼地区，管理设施又较为突出，周围土壤电阻率较低，容易遭受雷击侵害。

南京是全国重点防洪城市之一，境内有两江、两湖、两河（秦淮河、滁河）和近300 座中小型水库，要承泄上游176 万km2的洪水，防洪战线长达2100 多km，是典型的“洪水走廊”。水利工程管理设施遍布江、湖、河和水库周围，是水利工程安全运行的保障。

目前，水利工程管理设施中，防雷能力现状主要有以下三种情况：一是新建管理设施，防雷能力设计施工能够满足防雷要求；二是部分管理设施在设计施工中考虑了防雷要求，但随着运行时间和防雷要求的提高，原有的防雷能力遭受破坏不能满足防雷要求；三是部分老旧管理设施在原有的条件下，防雷设计和施工要求不高，在现在的要求下，已不能满足防雷要求。笔者结合近年来对沿江水利工程管理设施防雷能力提升的实践谈一点体会。

2 水利工程管理设施防雷能力提升实践

2.1 管理设施选取

在水利工程管理设施防雷能力提升中，选取南京市长江河道管理处栖霞管理所（以下简称“管理所”）做为防雷能力提升的对象。该管理所承担长江南岸约50 km 堤防安全运行的管理，已建成运行十多年，因多年运行，其防雷能力不足，多次遭雷电直击，损失不菲。

管理所位于南京市栖霞区长江边，周围地势空旷，无中高层建筑物，靠近明洲码头（煤炭堆场），土壤电阻率偏低，地表层无岩石分布。管理所紧邻江边和码头，有电源系统和弱电系统，电源系统和信号系统为架空入户，建筑物内无接地端子或等电位汇流排，电源系统无地线。

管理所为单体建筑物，建筑物内有办公区、生活区和管理机房。

2.2 防雷能力现状分析

按照《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010），栖霞管理所为第三类防雷建筑物，电子信息系统等级为C 级。

屋面两侧及附房避雷带缺失（图1）。针对此种情况，应在缺失的建筑物屋面增加避雷带。

避雷带搭接处为点焊，安装工艺不符合规范要求（图2）。针对此种情况，应在搭接处重新用匹配的材料进行焊接。

屋面瞭望亭和太阳能热水器不在直击雷防护范围内（图3）。针对此种情况，应将太阳能热水器的金属支架与避雷带电气连通，并在瞭望亭附近安装1 根避雷针，避雷针的高度应能保护瞭望亭和太阳能热水器，计算方法详见《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010）中的“滚球法”（后因太阳能热水器被拆除，避雷针的保护范围为瞭望亭）。

院内停车棚的接地电阻值偏大，存在安全隐患（图4）。针对此种情况，应在停车棚一侧安装独立接地系统，并与停车棚电气连通。

低压电源总进线架空进入建筑物三楼的总配电箱内，其进线端未安装任何防雷设备。针对此种情况，最佳的防雷措施是将电源线埋地穿管，再引入建筑物室内，且总配电柜应置放于地下层，如无地下层则应置放于地面一层的房间内，并在电源进线端安装电源电涌保护器。但是，将电源线埋地穿管入户，并更改总配电柜的位置，对于已建成的建筑物，需要消耗较长的时间和投入较多的经费，因此，目前只能在电源进线端安装电源电涌保护器，作为电源系统的一级防护。另外，针对需要重点保护的区域，比如机房，也应在其电源进线端安装电源电涌保护器，作为电源系统的二级防护。

图1 屋面两侧避雷带缺失

图2 搭接处安装工艺不符合规范要求

图3 屋面瞭望亭和太阳能热水器不在直击雷防护范围内

图4 院内停车棚

内网、外网线无防雷措施。架空线应埋地穿管入户，原因类同于电源线，目前尚无法实施。针对此种情况，一般采用的措施是在内网和外网信号进线端口处安装信号电涌保护器。

电源系统为三相四线，无地线，且三头插座中均未接入地线。应增加电源系统的地线，并在三头插座中引入地线。

机房、办公区域、厨房、卫生间等区域无接地端子箱。应设置接地端子箱，方便用于防雷接地、设备和管道的保护接地、工作接地、防静电接地。对于已建成的建筑物，因此项改造需要投入较多的时间和经费，故目前无法实施。针对此种情况，一般采用的措施为：在机房外制作独立接地系统，并引入至机房内，与等电位汇流排电气连通，将机房内机柜、金属槽架、静电地板支架、防雷设备接地线等与等电位汇流排进行电气连接。

2.3 防雷能力提升实施要点

根据管理所的实际情况，防雷工程的实施内容如下：

（1）施工工艺应符合图集《防雷与接地安装》（D501-1-4）中的要求。

（2）屋面避雷带。对屋面避雷带缺失部分进行增补，将原有避雷带搭接处双面焊接，搭接长度不应小于100 mm，拐角不得为直角或锐角，连接处应做防腐处理；对所有避雷带（包含支撑架）进行刷漆防腐处理；将屋面钢结构与避雷带进行电气连通。

（3）屋面瞭望亭避雷针。在瞭望亭的外墙侧制作安装1 根6 m 高的避雷针，避雷针针尖为0.5 m 不锈钢材质，支撑杆为5.5 m 热镀锌钢管，固定构件为热镀锌钢材，并将避雷针与避雷带进行接地连接。

（4）屋面引下线。沿外墙拐角处各安装1 根引下线，材料为-40×4 热镀锌扁钢，并将引下线与避雷带和独立接地系统进行可靠电气连接。

（5）独立接地系统。在每根引下线附近地面进行开挖，并在地面0.5 m以下各安装1 组独立接地系统。包含每隔5 m 安装1 根垂直接地体，且不少于3 根，每根垂直接地体之间采用水平接地体进行电气连通。其中，垂直接地体材料为L50×50×5 热镀锌角钢；水平接地体材料为-40×4 热镀锌扁钢。

（6）钢结构停车棚。在院内停车棚附近地面进行开挖，并在地面0.5 m以下安装1 组独立接地系统。包含每隔5 m 安装1 根垂直接地体，且不少于3 根，每根垂直接地体之间采用水平接地体进行电气连通。其中，垂直接地体材料为L50×50×5 热镀锌角钢；水平接地体材料为-40×4 热镀锌扁钢。

（7）电源系统。在低压电源总进线端安装1 套电源电涌保护器，作为电源系统一级防护，并在电源电涌保护器前端安装1 套空气开关。在低压电源总配电柜处附近安装1 组独立接地系统，并引接地端子至总配电箱处，供电源电涌保护器接地。独立接地系统每隔5 m 安装1 根垂直接地体，且不少于3 根，每根垂直接地体之间采用水平接地体进行电气连通。其中，垂直接地体材料为L50×50×5热镀锌角钢；水平接地体材料为-40×4 热镀锌扁钢。

（8）信号系统。在内网和外网的总进线端分别安装信号电涌保护器。在机房外安装1 组独立接地系统，并引入至机房内，与等电位汇流排电气连通。独立接地系统每隔5 m 安装1根垂直接地体，且不少于3 根，每根垂直接地体之间采用水平接地体进行电气连通。其中，垂直接地体材料为L50×50×5 热镀锌角钢；水平接地体材料为-40×4 热镀锌扁钢。将机房内机柜、金属槽架、静电地板支架、电涌保护器接地线等与等电位汇流排电气连接。

3 体会和建议

管理所经过此次防雷能力的提升，效果良好，避免了管理设施遭受雷击之害，有效保障了水利工程的安全运行。据此，我处又对新建的六合管理所、禁采龙潭基地等管理设施按相关规范要求进行了防雷能力的提升。通过这些防雷实践，笔者有几点体会和建议供大家参考：

3.1 体会

（1）对新建的水利工程管理设施，其防雷工程应进行专门的设计和施工，组织专门审查、专门验收。

（2）对已有的水利工程管理设施，应定期进行防雷安全检查，排除安全隐患，确保国家利益和人民生命财产安全。

（3）对存在防雷工程安全隐患的水利工程管理设施，应及时进行整改和完善，确保防雷功能满足要求。

3.2 建议

（1）电源进线应埋地穿金属管入户，总配电间应设置在建筑物的最底层。在总配电间内应安装均压环，并与建筑物的接地系统电气连接。

（2）电源系统应为三相五线，三头插座中均应接入地线，且地线应符合供电局及防雷中心对于布局、阻值的规范要求。

（3）强电间和弱电间应分开，且强电和弱电的布线应远离建筑物主筋。所有线缆应放置于金属线槽内，并将金属线槽进行接地连接。

（4）在建筑物内的机房、办公区、厨房、卫生间内设置接地端子箱，方便用于防雷接地、设备和管道的保护接地、工作接地、防静电接地。

（5）在机房内安装等电位网络，并将所有金属框架、设备金属外壳、接地端子箱电气连通。

（6）对于直击雷的保护范围，不应局限于建筑物，应将院落、停车棚、室外水泵、水箱、行道、大门等均考虑在列。

4 结语

水利工程管理设施防雷能力是保障水利工程正常运行的重要措施之一，应引起管理部门的高度重视，小害不除，大灾必临。笔者通过简单易行的防雷工程改造提升实践，即可解决水利工程防雷能力问题，保障了水利工程的安全运行，效果明显，的确是一件经济效益和社会效益明显的有益尝试。