大黑汀大坝安全监测自动化系统防雷改造技术

大黑汀大坝安全监测自动化系统防雷改造技术

阮俞娴

(水利部海委引滦工程管理局大黑汀水库管理处， 河北 迁西 064300)

摘要：大黑汀大坝安全监测自动化系统在工程建设时，由于没考虑到防雷问题，系统投入运行后，每年雷雨季节都会造成自动化仪器设备被雷电击坏，直接经济损失平均每年都在20万元以上。为此，通过调研分析，结合工程实际情况，制定了防雷改造实施方案，防雷系统建立后，没有发生仪器设备被雷电击坏现象，效果良好。

关键词：大坝； 监测自动化； 防雷改造技术

收稿日期：2015-03-25

作者简介：阮俞娴(1974-)，女,湖北通山人,工程师, 主要从事大坝安全监测工作。

中图分类号：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

大黑汀水库位于唐山市迁西县滦河干流上，距上游潘家口水库35 km，是开发滦河的大型骨干工程。工程于1973年动工兴建，1986年竣工。大坝为宽缝混凝土重力坝，坝顶全长1 354.5 m，最大坝高52.8 m，坝顶高程138.8 m。

大黑汀大坝安全监测系统自动化工程于2002年3月开工建设，于2002年12月完工，2003年3月通过了专家组的验收并投入试运行。该项工程将大坝变形、渗流、内部及环境量监测统一纳入了自动化系统，使大黑汀水库大坝安全监测全部实现了自动化。

工程建设时，由于没考虑到防雷问题，系统投入运行后，每年雷雨季节都会造成自动化仪器设备被雷电击坏，直接经济损失平均每年都在20万元以上。为此，组织技术人员专门召开了研讨会、进行调研分析，并结合工程实际情况，制定了防雷改造实施方案。防雷系统建立后，经过雷雨季节的考验，没有发生仪器设备被雷电击坏现象，效果良好。建立该套防雷系统一次投资不足3 500元。

2现场调查及调研情况

通过对所有损坏的仪器设备进行仔细分析，向仪器厂家了解设备返修情况，认为自动化系统仪器损坏的最主要原因是雷击原因造成的。为此，组织有关技术人员进行调研分析，向仪器厂家进行技术咨询，并邀请厂家技术人员到现场进行了实地勘察，查找系统薄弱环节，研究、制定系统防雷施工方案。

结合以前工程实例，当电缆从一建筑物到另一建筑物时，要考虑易受到雷击、电源碰地、电源感应电压或地电压上升等因素，必须采取措施去保护这些电缆。

有些方法可以确定电缆是否容易受到雷击或电源的损坏，也可以知道有哪些措施可以防止建筑物、设备和线缆因火灾和雷击而遭到毁坏。

(1)当发生下列任何情况时，线路就被暴露在危险的境地。①雷击所引起的干扰；②工作电压超过300 V以上而引起的电源故障；③地电压上升到300 V以上而引起的电源故障；④50 Hz 感应电压值超过300 V 。

如果出现上述所列情况时就应对其进行保护。

(2) 除非下述任一条件存在，否则电缆就有可能遭到雷击。①该地区每年遭受雷暴雨袭击的次数只有5天或更少，而且大地的电阻率小于100 Ω·m；② 建筑物的直埋电缆小于42 m，而且电缆的连续屏蔽层在电缆的两端都接地； ③电缆处于已接地的保护伞之内，而此保护伞是由邻近的高层建筑物或其他高层结构所提供。

(3)依据以上的判断条件，对以下几个重点部位进行了实地调查，调查的详细情况是。①引张线保护管直埋长度约1 400 m。经过现场勘察和向有关人员核实可以认为，引张线最左端和最右端的保护管是与固定引张线测点箱的预埋钢筋焊接的，预埋钢筋接地；保护管中间端没有接地。测点箱与测点箱之间的保护管是焊接的，但测点箱处的保护管是断开的。为了确认以上情况，用测接地电阻的摇表测了坝左的引张线保护管的接地电阻，接地电阻小于7 Ω；由于坝右和坝中混凝土面积比较广，没有那么长的接地线，所以只用万用表测点箱处保护管管与管之间是否导通。测量结果表明，引张线大管(线体保护管)管与管之间是连通的，但接触电阻比较大，约在二、三百欧姆左右。这种情况可能是由于保护管内部氧化较严重，万用表探头和其接触不是很好所致。而由于现场空间狭小制约，无法对其进一步处理后测量。引张线小管(电缆保护管)管与管之间是不通的；②三组水温计和一支上游水位计电缆保护管没有接地，并且管与管之间攻丝没有焊接。周围比较空旷，电缆保护管外露固定在防浪墙上游测。；③雨量计电缆保护管位于开关站旁边20 m处，管约长200 m，基本掩埋地下30 cm处，外露约18 m。保护管没有接地，并且管与管之间攻丝连接。保护管附近有避雷针和较高建筑；④给系统供电的稳压电源的地线接在大坝供电系统老配电柜的外壳上，配电柜外壳接地。一楼老配电柜零、地线是分开的，但地线接地可能不好，有时候模机箱外壳麻手；现在他们使用的是二楼新的配电柜，新配电柜接地专门测过，接地良好。

3原因分析

通过以上的现场调查，结合对损坏设备的分布位置和损坏设备的检查，初步认为：坝上水温计和水位计处的电缆保护管和稳压电源的地线是系统防雷的薄弱环节。雷击导致的故障主要集中在这些部位，所以要重点解决这些部位的防雷接地问题。

引张线线体保护管和电缆保护管在坝中间位置是断开的，而两个护管是平行的，电缆和引张线线体护管及电缆护管三者之间均存在电容，若不接地，容易产生电容性耦合，对系统仪器产生不利影响；若护管两端不接地，发生雷击时，护管两端产生电压极差，也会发生电感性耦合，同样对系统造成不利影响。

为了达到系统的防雷，从现场设备、仪器、通讯和电源线缆等多方面综合考虑，对整个系统根据等电位连接的原则进行了周密研究和设计。

4防雷方案拟定及采取的主要技术措施

(1)为节省投资，充分利用了大坝工程原有供电防雷接地系统对自动化防雷进行多点重复接地。即利用坝顶照明系统接地体三角铁作为主接地体，将观测系统分别在XT3、XT7、F2、D5、4、10、16、22、30、35、37、42、47、52、57#坝段共15处分别与主接地体相连，形成重复接地体系。

(2)将系统供电的稳压电源改接到新配电系统柜处，以解决老的配电系统接地不良引起的故障。稳压电源的地线接到新配电系统处的接地扁铁上。

(3)将坝顶引张线全部75个测点箱两侧保护管用扁铁连成一体，并将线体保护管和电缆保护管用Φ8钢筋连成一体，形成统一接地体。在方便施工地点选一点用扁铁与左坝头电缆沟中的接地扁铁相连。

(4)坝上三组水温计和一支上游水位计的电缆保护管裸露在坝体外，是系统防雷的薄弱环节。将水温计和上游水位计电缆保护管凡攻丝连接处的水上部分，管与管之间都用Φ8钢筋点焊在一起，使其成为一个整体。最后再将保护管与引张线电缆保护管和线体保护管用钢筋或扁铁连接成一体。使所有自动化外接设备连为一体，以保持电位差的平衡。

(5)大坝上游侧防浪墙外的10个DAU箱子电缆护管凡攻丝连接处均用Φ8的钢筋焊接，以增强导电性。DAU箱外罩也通过壁挂式三角架同电缆护管连接，形成统一接地体。

(6)29#～33#坝段电缆沟内的电源电缆保护管攻丝连接处两端也用Φ8的钢筋焊接，增强导电性。

(7)雨量计采集单元的故障主要是由于电压波动问题引起的，出于稳妥考虑，给雨量计单独配一路NDA5100电源。另外将雨量计电缆保护管从附近避雷针接地扁铁上断开，把雨量计保护管单独接地。

(8)在系统总线进入▽110廊道的DAU18处增加电源隔离变压器一台，将31#坝段以左的DAU电源隔离开来。电源隔离变压器的地线和廊道内接地扁铁相连。

(9)系统在110廊道和灌浆廊道之间的DAU17采集箱内已安装一台NDA3200中继，防雷方案中暂不考虑再增加中继。如系统出现通信不稳定的情况，再考虑在DAU8中增加一台中继。

5施工保护措施

(1)由于引张线保护管已被浇入混凝土，必须将测点箱两侧套装的引张线线体保护管和电缆保护管开凿露出来后再进行焊接。开凿时的震动可能会损坏仪器，应细致施工，注意保护好开凿砼的周围仪器。

(2)在焊接过程中，根据调研采用了成熟的工作流程，保护电缆穿线管内电缆。施工中，采用的工作流程(一塞二点三洒水原则)，无一例电缆损伤事件发生。

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