高速公路机电系统防雷技术

上官燕洪

[摘    要]高速公路是不同地域之间实现文化交流、经济贸易等活动的主要连接载体，随着社会快速发展，对高速公路也提出了较为严苛的新要求，强调必须进一步提升高速公路应用价值。在此背景下，以降低高速公路危害角度为着力点，探究高速公路机电系统防雷技术，以期对高速公路进行有效保护。

[关键词]高速公路;机电系统;防雷技术

[中图分类号]U418.7 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2022）05–00–03

Lightning Protection Technology of Expressway Electromechanical System

ShangGuan Yan-hong

[Abstract]Expressway is the main connecting carrier of cultural exchanges， economic and trade activities between different regions. With the rapid development of society， it also puts forward more stringent new requirements for expressway， emphasizing the need to further improve the application value of expressway. In this context， from the perspective of reducing the harm of expressway， this paper will mainly explore the lightning protection technology of expressway electromechanical system， in order to effectively protect the expressway.

[Keywords]high road; electromechanical system; lightning protection technology

通信、监控、收费、照明等是高速公路主要机电系统构成内容，如若未做好防雷措施，将会在雷电天气下导致相关机电设备遭到雷电损坏或干扰，进而影响高速公路整体应用成效并带来较大的经济损失。基于此，要想有效实现高速公路机电系统防雷，应以通信、监控、收费、照明为切入点，减轻雷电带来的危害。

1 工程概况

重庆市忠县至万州高速公路是重庆市“三环十射三联线”高速公路网规划中“十射”的一段。项目起点位于忠县磨子乡，通过丰忠高速的罗家湾枢纽互通与丰忠高速、垫利高速相接;终点位于万州区长岭镇，与万利高速相接;沿线主要经过西沱、盐井等地。路线沿长江南岸布设，距江2.6～7.8 km走廊顺江而下，总体走向为西南-东北向，设计高程184～624 m。

本项目按照双向四车道高速公路标准建设，路线总长78.175667km，设计速度80km/h，路基宽度24.5米，最小平曲线半径700m，最大纵坡4.13%。其中特大桥1座，总长1 698m、大中桥52座，总长11 536.215m，长隧道7座，总长12 694.97m，中短隧道5座，总长3 368.395m，互通7座（其中枢纽互通1座），服务区2处，停车区1处。全线隧道内轮廓拱顶净高7.05 m，净宽10.66 m，内净空面积64.28 m2。

2 高速公路机电系统防雷技术设计

2.1 设计方案依据

高速公路是城市现代化建设进程中的主要规划内容，为切实保证高速公路价值功效，应做好高速公路机电系统防雷技术设计[1]。高速公路防雷设计参考标准：IEC61024《建筑物防雷》，IEC61312《雷电电磁脉冲的防护》，GB50057（1994）《建筑物防雷设计规范》（2000年局部修改版本），GB50174（1993）《电子计算机机房设计规范》，GB/T50311（2000）《建筑与建筑群落综合布线系统工程设计规范》，YD5078（1998）《通信工程电源系统防雷技术规范》，QX3（2000）《气象信息系统雷击电磁脉冲防护规范》。

2.2 设计内容

本项目按照双向四车道高速公路标准设计了与需求相符的监控系统规模，监控分中心1处，隧道12处，门架式可变情报板3套，外场高清摄像机38套，Ⅰ类交通调查设备2套，Ⅱ类交通调查设备10套，懸臂式可变情报板18套，气象检测器2套，嵌入式情报板6套，红蓝爆闪灯58套，IP广播系统3套，固定测速系统6处。具体内容：①大树隧道。起点桩号、终点桩号、隧道长度（m）、监控等级（2020年）、监控等级（2034年）分别为ZK31+430—ZK32+096—666.00—B—A;K31+425.68—K32+091.14—665.46—B—A。②苦竹坝隧道。起点桩号、终点桩号、隧道长度（m）、监控等级（2020年）、监控等级（2034年）分别为ZK32+360—ZK33+310.1—950.10—B—A;K32+380—K33+310—930.00—B—A。③王家隧道起点桩号、终点桩号、隧道长度（m）、监控等级（2020年）、监控等级（2034年）分别为ZK34+056.70—ZK35+130—1073.30—B—A;K34+055—K35+100—1045.00—B—A。

④龙泉隧道。ZK34+056.70—ZK35+130—1073.30—A—A;K38+576-K39+580-1274.00—A—A。⑤白岩隧道ZK55+246—ZK57+295.27—2049.27—A—A+;

K55+246.30—K39+850—2043.70—A—A+。⑥龙隧道井，ZK62+025—ZK64+750—2725.00—A—A+;

K62+033.46—K64+738—2704.54—A—A+。⑦大坪道，ZK64+793—ZK65+193—400.00—B—B;K64+

776—K65+225—449.00—B—B。⑧广成山，ZK65+

475—ZK66+965—1490.00—A—A+;K65+483—K66+946—1463.00—A—A+。⑨油沙隧道ZK67+

290—ZK68+233—943.00—B—A;K67+276.77—K68+204—927.23—B—A。⑩小岭，ZK70+725—ZK73+090—2178.943—A—A+;K70+700—K73+115—2212.594—A—A+。东桥隧道，ZK73+

310—ZK75+261—1951.00—A—A+;K73+345—K75+240—1895.00—A—A+。羊河沟隧道，ZK75+

465—ZK75+865—400.00—B—B;K75+469

—K75+875—406.00—B—B。

3 高速公路机电系统防雷技术措施

3.1 高速公路机电系统应用防雷技术的作用

（1）有助于降低故障发生率。在雷雨天气高速公路机电系统遭受雷击的概率较大，因此会提高高速公路机电系统设备故障率，影响高速公路整体功能效值。与此同时，在设备受到雷电破坏后还需要花费大量的时间与成本进行故障检修，这无疑会给高速公路正常运行以及经济效益带来严重影响。而防雷保护技术的切实应用，能够对高速公路机电系统进行全面保护，让相关设备不受到雷电影响，进而降低设备故障发生率。

（二）有助于促进防雷技术发展。防雷保护技术是保障高速公路机电系统安全的重要手段，但随着发设备规模与内部设备技术快速发展，原有防雷保护技术已经无法满足新时期高速公路机电系统需求，为此防雷保护技术在不断实践中可以根据不同时期高速公路机电系统需求进行优化与完善，有利于促进防雷技术发展，从而为高速公路机电系统提供更好地、更高效的保护。

3.2 针对电源系统采取的防雷技术

感应雷击及雷击电磁脉冲是高速公路机电系统防雷技术应用中侧重的一大重点，因为其会给机电设备带来永久性损坏，直接导致相关设备报废。基于此为有效降低感应雷击及雷击电磁脉冲的危害，应基于其侵入的主要通道做好引导入地工作，以此实现高速公路机电系统保护。具体内容为：位置共设置4处，分别为总配电盘（一级保护）、楼层分盘（二级保护）、UPS电源前（三级保护）、UPS电源后（四级保护）;设计的电源系统防雷技术分别为：三相电涌保护器（SPD1）、三相电涌保护器（SPD2）、三相电涌保护器（SPD3）、三相电涌保护器（SPD4）;技术应用标准分别为：雷电通流量≤60 kA（波形8/20 μs）+标称导通电压≤4 UC（UC为最大工作电压）+响应时间≤100 ns、雷电通流量In≤40 kA（波形8/20 μs）、标称导通电压≤3 UC、响应时间≤50 ns，雷电通流量≤20 kA（波形8/20 μs）、标称导通电压≤2.5 UC、响应时间≤50 ns、雷电通流量≥10 kA（波形8/20 μs）、标称导通电压≤2.2 UC、响应时间≤50 ns。

在此环节，应根据不同雷区选择适当的等级防护，详见表1。与此同时还应合理设置SPD导线，SPD导线必须短且直;长度应控制在0.5 m，大于0.5 m时应加粗线径;线距：SPD1与SPD2线距应<10 m，SPD2与SPD3线距应<5 m，SPD3与SPD4线距应<5 m。

3.3 收费亭、广场摄像头、公路沿线云台摄像头、电子显示屏线路防电技术

收费亭的供电线路上应各安装单相电涌保护器SPD，因为收费亭内设置了收费计算机、票据打印机、自动栏杆、语音系统等设备，所有设置均依靠电源线路提供电源，从而保持其相应功能，因此为保证收费亭有序运转，应针对收费亭的电源线路进行有效防雷保护[4]。广场摄像头与公路沿线云台摄像头则是高速公路上对外来行驶车辆以及相关人员进行有效监控的关键设备，是保证高速公路安全的有力手段，因此为避免其受雷电侵入影响其实际价值功能，应做好其低压电流供电线路安全。电子显示屏则是进行相关信息呈现的主要载体，是高速公路的主要构成物之一，对其线路进行保护能够保障高速公路的整体功能[5]。上述设备所采用的线路防电技术具体为：收费亭采用单相电涌保护器，技术应用标准设计为雷电通流量≤20 kA（波形8/20 μs），标称导通电压≤2.5 UC，响应时间≤50 ns。广场摄像头采用低压电涌保护器，技术应用标准设计为雷电通流量≤5 kA（波形8/20 μs）+标称导通电压≤1.5 UC，响应时间≤50 ns。电子显示屏采用三相电涌保护器，技术应用标准设计为雷电通流量≤40 kA（波形10/350），标称导通电压≤3 UC，响应时间≤50 ns。

4 结束语

高速公路有序运转需要投入大量的资源与成本，因此确保高速公路质量以及使用成效尤为关键。基于此，为确保高速公路应用价值，应做好雷电问题把控，应用防雷技术保障高速公路整体功能成效。

参考文献

[1] 丁立言.高速公路机电系统防雷的重要性与防护技术[J].交通世界，2021（33）：141-142.

[2] 邢健.高速公路隧道机电系统防雷措施研究[J].交通世界，2021（30）：154-155.

[3] 李灿.高速公路机电系统过电压保护与防雷接地设计[J].电子世界，2020（13）：136-137.

[4] 胡晓光.高速公路机電系统防雷装置检测方案探讨[J].中国交通信息化，2020（3）：127-129.

[5] 欧轶阳.论如何做好高速公路机电系统防雷措施[J].居舍，2019（16）：181-182.