岳武高速司空山收费站防雷设施设计

岳武高速司空山收费站防雷设施设计摘要：分析岳武高速司空山收费站以外雷击产生现象，分析问题产生的原因，并提出解决方案和建议。关键词：防雷器、避雷针、在线监测1背景安徽岳西至武汉高速公路司空山收费站位于雷电严重山区，收费站整体坐落在山峰丛中，收费大棚一侧紧临收费大楼，且收费大楼建筑物高于收费大棚，另一侧是无任何遮挡物的宽阔草丛，雷击事件经常发生。数年来发生多起雷电袭击收费站事件，收费站的多个机电设备不同程度被雷电击坏。临近收费站的ETC门架收费系统雷击也较为频繁，设备损坏影响收费系统的正常运行。收费站的收费大棚为平顶，无避雷针或避雷针替代的构建物，现场收费车道工控机、计重配电箱、广场配电箱的机柜、收费站配电房的电源发生器柜、道路ETC门架路侧的电源发生器、一体化设备机柜中电源防雷器均是8/20网波形电源防雷器，雷击发生时，防雷器没有起到保护动作。收费站入口车道设备费额显示屏、车牌识别仪、栏杆机接地电阻分别为0.92Q、0.89Q、0.90Q。道路ETC门架路侧电源发生器配电柜接地电阻为1.4Q。能满足接地系统要求。2故障分析本次收费站雷击事件主要是直击雷造成的，由于收费大棚的顶部是平面结构，无相关避雷针装置，而收费广场四周照明杆灯、广场摄像机的高杆上端的避雷针材质都为铜管，没有避雷针引雷泄放电流。入口车道的外侧是大片草丛，草丛中有金属护栏，当雷电漂落在对地直接放电的空旷的收费站边侧。雷电落地后将产生巨大的感应雷击，这种感应雷击严重时可能会对行驶在收费车道的人和车道上的机电设备造成危险。也会对收费车道工作人员的生命安全造成隐患。3防雷改造系统设计3.1直击雷防雷保护在司空山收费站外侧车道的护栏外部区域，安装具有提前放电功能的预放电避雷针，即在避雷针中装有吸引雷的感应先导装置，当雷电在设定距离或临近收费站建筑物时，预放电避雷针有两个功效：一是避雷针中的先导装置能感应到雷电电场，感应先导装置产生畸变电场输出并释放负电荷；二是提前打开避雷针的放电通道，用负电荷引导带正电荷的雷电。当雷电接触到避雷针的针头一瞬间，立即释放，达到避雷针提前放电的功效，从而起到避雷、雷电释放的作用。预放电避雷针采用不锈钢材料制作，避雷针提前接闪时间不小于20期，避雷针的立柱直径不小于100mm。预放电避雷针的设置高度与两侧照明杆灯相近。预放电避雷针位于立柱主杆上端，避雷针法兰盘与立柱主杆上端垫板之间采用高分子绝缘材质的绝缘端子进行阻隔。法兰盘引下线采用25平方多股铜线，使用PVC管垂直包裹，引下线至地面后，采用PVC管包裹，水平延伸接至立柱基桩5m以外的避雷针专用接地体，专用接地体埋地深度不小于1米，按照十字型方式连接。3.2感应雷防雷保护雷电保护区域分为LPZ0区和LPZ1区，根据《高速公路机电系统防雷技术规范》防雷国家标准规定，LPZ0区和LPZ1区的交界处需要安装10/350期波形的B级电源防雷器，设备前端需要安装8/20网波形的B级电源防雷器。收费系统机电设备均处于LPZ0区和LPZ1区的交界处，则设备前端需要安装BC级复合型电源防雷器。B级是具有主动能量控制、自动配合功能的10/350us波形开关型电源防雷器，C级为8/20us波形限压型电源防雷器。高速公路联网收费的省界ETC门架系统、路段ETC门架系统，处于直击雷防护区内，全暴露、高空场所，属最高级别的防雷保护系统。要使ETC门架系统的收费机电设备不遭雷击，必须保证ETC门架配备的电源防雷器一直处于好的状态。具有主备防雷功能的多脉冲防雷保护装置和防雷远程监测装置，能够做到多重雷电防护、实时远程监测，当雷电流击坏多脉冲防雷器的主体模组时，备用模组正常运行，同时损坏的防雷模块通过防雷监测测控装置能立即被发现，即时更换，就能保证电源防雷器功能连续性。由多组防雷击模组构成的主备防雷的多脉冲防雷器件组，可以把多次雷击的雷电流，引入并通过自身多脉冲防雷器件组进行释放，放电后的供电回路则是安全用电回路，确保了ETC门架系统在雷击发生时能免遭雷电袭击，能有效保障ETC门架系统不间断的长期安全、可靠运行。3.3防雷远程在线监测防雷远程在线监测系统能将现场损坏的电源防雷器，能及时传输至监控中心，并报警显示，监控中心能即时发现，运维人员即时更换，就能确保电源防雷器处于工作正常状态，有效地防护机电设备的雷电安全。防雷远程在线监测系统是由测控监测装置的防雷监测发射器和主控监测装置的防雷监测接收器、防雷远程监测管理系统（防雷远程监测工作站及软件）组成。防雷监测发射器是将电源防雷器的工作状态采集并通过远程通讯方式传输到防雷监测接收器中。防雷监测接收器是接收防雷监测发射器发来的电源防雷器工作状态数据，根据系统内部设置的智能分析算法，自动识别各电源防雷监测发射器传输的信息，将它传送到防雷远程监测工作站中。防雷远程监测工作站是接收防雷监测接收器发来的现场电源防雷器的工作状态数据，采用一点对多点的轮询问答方式，作为主站负责对现场各点数据的采集，完成与上位机的数据交换。防雷远程监测管理系统将编辑动态的电源防雷器状态，自动跟踪，24小时实时监测电源防雷设备工作状况，显示在防雷远程监测工作站上，在收费站能够实时显示每一个电源防雷器的工作状态，发现异常，立即报警显示。3.4防雷保护系统设置3.4.1收费站收费广场司空山收费站收费广场外侧入口车道的计重箱内、车道工控机内、收费广场总配电箱UPS1和UPS2电源进线端，设置单相BC级复合型电源防雷器，要求B级防雷器具有能量自动配合功能，雷电放电电流10/350网波形limp为25kA、C级防雷器的标称放电电流8/20网的In为20kA的复合型电源防雷器件组。3.4.2收费站配电房司空山收费站低压配电房电源发生器配电柜输出至ETC门架的电源出线端，设置单相BC级复合型电源防雷器，要求B级防雷器具有能量自动配合功能，雷电放电电流10/350网波形limp为25kA、C级防雷器的标称放电电流8/20期的In为20kA的复合型电源防雷器件组。3.4.3ETC门架电源设备机柜道路ETC门架系统的电源发生器电源进线端、设备一体化机柜出线端，设置单相M级多脉冲电源防雷器。要求M级多脉冲电源防雷器具有主备防雷击功能，防雷脉冲数Nm为10个脉冲，标称放电电流8/20网的In为40kA。3.4.4防雷远程监测系统设置防雷远程在线监测系统是由测控监测装置的防雷监测发射器和主控监测装置的防雷监测接收器、防雷远程监测工作站和管理系统组成。收费站和ETC门架的单相BC级复合型电源防雷器和单相M级多脉冲电源防雷器侧设置防雷监测发射器，收费站监控机房内设置防雷监测接收器和防雷远程监测工作站和管理系统。4结论司空山收费广场和外场ETC门架防雷改造后使用至今，未发生因雷击造成设备损坏影响机电系统运行的情况，说明本次防雷改造技术方案能够起到设计达到