西石门铁矿室外监控设施防雷及系统升级改造

高文华

西石门铁矿室外监控设施防雷及系统升级改造

高文华

高文华

五矿邯邢矿业有限公司西石门铁矿

高文华（1968-）男，河北邯郸，汉，本科，电气工程师 研究方向：电气应用。

西石门铁矿监控设施于2000年开始在重点部位进行监控设施建设，后监控区域范围逐步扩大，于2005年将各单独监控区域进行组网，形成现在覆盖全矿的生产系统、生活区域监控系统。系统存在先期投入建设的设施型号多，设备老化，性能低，夏季恶劣天气雷击故障率高，不能满足正常运行。2005年后新建设的监控设施性能高，效果好，增加了防雷装置，效果明显。

针对整个监控系统现状，通过论证和经济分析，制定了西石门铁矿室外监控设施防雷及系统升级改造方案。

1 监控设施防雷的意义及改造方案概述

室外监控设施防雷的意义

随着经济发展和生产、生活需要，监控设施遍布我们生活的每个角落。在雷雨天气高发期内，频繁的雷雨天气所带来的雷电袭击事故已严重影响到监控设施的正常运行。由此产生的间接损失和严重后果更是难以估量。为确保监控设备正常的运行，应采取良好的防雷措施。

室外监控设施防雷系统升级改造方案概述

监控系统一般都由前端部分、传输部分、终端部分组成。针对不同部位设施特点，制定不同防雷方案，并安装相应设施进行防雷。同时对2000年至2005年建设的设施前端部分、终端部分设备进行更换。

2 本次改造的主要内容

雷击分类

直击雷：直击雷是指雷云与大地上某一点之间发生迅猛放电现象。雷云与地面或物体之间可视为巨大电容器。由于电场强度可达35kV/cm以上，瞬间放电，能量巨大，对监控设施的危害是毁灭性的。

感应雷：是指雷电放电过程中，雷云中的电荷及强大的脉冲电流，对周围导体产生的静电感应和电磁感应现象。当雷云接近监控设备和传输线路时，形成磁场，磁场能使附近的监控设备和传输线路感应出很高的电压，造成监控设备和传输线路的损坏。

雷电侵入波：监控系统的电源线、信号传输线、或进入监控室的其它金属线缆遭到雷击或被雷电感应时，雷电波沿这些金属导线/导体侵入设备，导致高电位差使设备损坏。

前段电源设备防雷改造方案

前段设备组成与雷击事故分析

前端部分主要由传输器、电源、摄像机、云台、防护罩、支架、解码器、光纤收发器、视频光端机等组成。目前使用的前段电源设备，主要的型号是安尼数字（SANNCE）12V/2A电源模块，其中2010年后安装建设的监控供电电源模块加装了浪涌保护器进行防雷。

雷击事故由于分析：根据现场设施的损坏情况分析，损坏设施主要是：摄像头和电源。遭受雷击原因主要是由感应雷和雷电侵入波造成。由于监控设施的安装位置原因，直击雷在我矿室外监控设施没有出现过。

防雷措施

（1）选择合适安装位置

摄像头应在避雷针或其它接闪导体有效保护范围之内安装，且距避雷针要有3～4米的距离，可防直击雷。

（2）对线缆进行屏蔽

为防止感应雷，摄像机电源线和信号线应穿在金属管内以达到屏蔽作用，同时屏蔽金属管的两端均应接地。

（3）增加限压保护

另外，雷电感应电动势是一种高频交变电压，位置等效在线缆中间。根据这个特征，感应雷的防护基本做法是对设备输入输出口设置“限压保护电路”。

传输设备的防雷改造方案

传输设施组成与雷击事故分析

先期建设安装的传输部分：主要使用电缆、电线采取架空、地埋或沿墙敷设等方式传输视频、音频或控制信号等。此次将传输部分改为光纤传输。光缆主要有金属铠装层、加强芯，它们有的是金属导体。

光纤雷击分析：根据光缆事故和光缆的结构特点，当雷击金属构件时，会感应出交流电或浪涌电流，破坏线路设备。光缆线路受雷击种类包括：①金属护套、加强芯或铜线对地绝缘较低的光缆。②地形突变、土壤电阻率变化较大的地带。③光缆与单棵大树或高耸建筑物隔距不够时。

防雷措施

通过对几例光缆雷击故障的分析，对架空光缆线路主要考虑两方面屏蔽和接地。

首先，关于架空光缆正常敷设时，要对光纤的外皮进行可靠接地，对中间有接续盒的连接时要对加强芯和外皮都要进行可靠电气接的，对架空线路过长的要在适当地点进行电气接的。同时接地电阻要求小于4Ω。

其次，关于敷设埋地光缆线路时，要确保光缆在熔接时，在接续盒内要对金属丝和屏蔽层要做可靠的电气连接。同时接地电阻要求小于4Ω。

终端电源设备防雷改造方案

终端设备组成与雷击事故分析

监控系统终端部分主要由画面分割器、监视器、控制设备、录像存储设备等组成。

雷击事故原因分析：

因监控机房外部都有可靠的防雷。根据每年机房雷击设备的损坏统计分析，损坏设备主要是：视频光端机、传输器。从损坏设备分析状况，主要是遭受感应雷击造成的。表现为两种形式，一是通过电源侵入烧坏视频光端机或传输器供电模块。二是感应雷通过信号线缆侵入损坏视频光端机或传输器主板电路。

采取措施：

1.电源防雷

机房电源采用三级防雷，第一级采用整套电源防雷器，并联安装在机房低压配电柜上。第二级防雷采用限压型防雷器（三相的电源需采用AM2-20/3+NPE），并联安装在UPS进线端。第二级防雷采用电源防雷插座，串联安装在机房用电设备的前端。

2.线缆防雷

监控机房通讯线路输入、输出均采用光纤进、出；防雷按传输设施防雷处置，在输入、输出侧加装了雷击熔断器进行防雷。

3.设置可靠防雷接地系统

现在机房内大多都是精密的电子元件，很容易被击穿。因此做好防静电、等电位连接意义重大，而防雷接地系统是防雷的核心。所有的静电、雷电流都要经过接地系统泄放到大地。简单的防静电、等电位连接工程不能代表接地系统。接地系统，通常使用的材料分为垂直接地材料和水平连接体。用电焊或者热熔焊接方式使垂直接地材料和水平接地材料连在一起形成一个接地系统。

3 改造后效果分析

改造前后故障率费用及统计分析

改造前三年平均故障率为23.6％；改造后摄像头两年平均故障率为8.4％。故障率下降15.2％。

改造前三年电源年平均损坏28个；改造后摄像头两年平均故障率为13个。年平均下降了53.6％。

改造前三年硬盘录像机年平均损坏8台；改造后摄像头两年平均损坏2台。年平均下降了75％。

根据财务统计，改造前三年维护、维修费用年平均22.65万元；改造后两年维护、维修费用年平均为12.62万元；下降了44.3％。

4 结语

西石门铁矿室外监控设施防雷及系统升级改造，经过2013年和2014年的运行，整个监控系统运行稳定、可靠，主要设施故障率较改造前均大幅下降，维护、维修费用下降了44.3％，效果非常明显。此次改造从系统运行的稳定性、日常维护费用上都非常成功。

10.3969/j.issn.1001-8972.2015.01.056