浅谈如何做好洪水预报警报系统的雷电防护工作

发布日期:2021-08-13 10:32
       2021年的盛夏(6月至8月),中国南北方均有多雨区,以北方多雨区为主;黄河中游、海河部分水系、松花江可能发生较大洪水,珠江、太湖、辽河可能发生超警洪水,长江、淮河可能发生区域性暴雨洪水。7月20日,一场极为罕见的特大暴雨袭击郑州,形成严重内涝,使得整个城市变成“水泽国”,民众生活停摆。7月21日18时,水利部和中国气象局联合发布红色山洪灾害气象预警。预计21日20时至22日20时 ,河北西南部、山西东南部、河南北部等地部分地区发生山洪灾害可能性大(橙色预警),局地发生山洪灾害可能性很大(红色预警)。8月11日21时浙江省水文管理中心发布嘉兴站洪水橙色预警:受冷空气和暖湿气流交汇影响,杭嘉湖地区近8小时集中降雨量30毫米,嘉兴站将发生橙色预警级别的洪水,预警时间范围8月11日至13日,影响范围杭州市、嘉兴市、湖州市。其他地区,例如湖北孝感、随州等地这几天也遭遇强降雨引发城市内涝,小型水库出现险情等洪涝灾害,当下防汛形势十分严峻。而利用现代化的通信设备,将江河流域内各雨量、水位站点的降雨和洪水信息,实时地采集和传输到洪水控制中心的洪水预报警报系统在这个关键时刻显得尤为重要。

       近十年来,中国气象部门、水利部门利用工业物联网传感器技术,在智慧城市中建立了有效的洪水预报警报系统,主要对水库、河流的水位进行实时监测并预警。一般情况下,在临近要监控的水位处安装超声波液面传感器、压力传感器、雷达液位传感器、超声波液位传感器等各类探测器、加上监测报警主机、监测服务器、客户端组成了洪水预报警报系统。

       了解了洪水预报警报系统的组成和安装位置之后,我们就会注意到这些造福民生的水利设备一般是安装在户外、靠近水源、或者山顶等地方,设备主要为耐压较低的电子仪器仪表,就地理位置而言,易遭雷击;就设备而言,易损坏后引起传输数据中断,由此可见,做好洪水预报警报系统的防雷措施十分必要。

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拍摄:唐玺

       从广西地凯公司近年来承接的多个洪水预警报中心中继站的防雷项目。洪水预警报中心中继站的设备损坏的直接原因是直击雷和感应雷。防雷装置的设计施工不够规范、防雷装置防护等级不达标都会造成洪水预警报系统遭受雷击侵害。随着现代电子技术的不断发展,各种高、精、尖的电子设备不断推广和普及应用于防汛信息网络系统中,电子信息系统对电磁场是极其敏感的,集成芯片耐压能力弱,需要多级有效的防雷保护装置才能有效的泄放雷电流和钳位雷电残压。

       发生雷害时,直击雷会沿供电线路侵入到洪水预警报系统供电部分,产生过电流与过电压造成网络供电系统的电源损坏、断电、致使整个系统瘫痪;或直击雷直接入侵无线通信设备的天线、沿信号同轴线缆进入网络系统,造成通信接口、数据接收单元、交换机等主要通信设备损坏。
在不可能直接遭受雷击的区域,由于感应雷是由遭受雷击电磁脉冲感应或静电感应而产生的,形成感应雷电压的机率很高,对洪水预警报系统中心机房内的设备,尤其低压电子设备威胁巨大,据统计,这种感应雷击事故占信息网络系统雷击事故的70%,同样会使得洪水预警报系统局部瘫痪,干扰了防汛指挥中心的调度管理工作。
洪水预警报中心的雷电防护统防雷工程需要从防直击雷、感应雷、雷击地电位抬升等方面综合考虑,在防雷工程设计中遵照建筑物和电子信息系统的国家标准,采用屏蔽、等电位联结、合理布线、加装电涌保护器等全方位防感应雷击方法。

       做好直接雷击防护是做感应雷击防护的前提,洪水预警报装置附近及其中心机房的建筑物,要合理安装避雷带和避雷针,并连接建筑结构筋引入地下。在无法安装避雷针的地方,可考虑安装独立避雷塔进行直击雷的防护。




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       在重要的洪水预警建筑物附件站在雷电预警装置,实现在保障范围内对雷暴天气的预警,最大限度地减少雷击事故的发生。

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       洪水预报警报系统的供电线路防雷应在配电线路的总配电箱等LPZ0A或LPZ0B与LPZ1区交界处,应设置Ⅰ类试验的电涌保护器(冲击电流应取≥12.5kA(10/350μs))或Ⅱ类试验的电涌保护器(标称放电电流应取≥120kA(8/20μs))冲作为第一级保护。

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       在配电线路分配电箱、电子设备机房配电箱等后续防护区交界处,可设置Ⅱ类试验的电涌保护器或Ⅲ类试验的电涌保护器作为后级保护;特殊重要的电子信息设备电源端口可安装Ⅱ类或Ⅲ类试验的电涌保护器作为精细保护。

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       应用在洪水预报警报系统的物联网水位传感器,例如超声波液面传感器、压力传感器、雷达液位传感器、超声波液位传感器等,基本都是使用同轴线缆或者双绞线进行信号的传输,感应雷击的可能性较大,应在洪水预报警报系统电子设备的输入/输出端口处,根据线路的工作频率、传输介质、传输速率、传输带宽、工作电压、接口形式、特性阻抗等参数,选用电压驻波比和插入损耗小的适配的信号浪涌保护器。选用有金属屏蔽层的电缆.并宜埋地敷设.在直击雷非防护区(LPZ0A)或直击雷防护区(LPZ0B)与第一防护区(LPZl)交界处,电缆金属屏蔽层应做等电位连接并接地。

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       洪水预报警报系统的机房要设置等电压均压带,采用截面积不小于150mm2铜网带(铜箔)沿机房四周布设,机房内所有设备的金属外壳均采连接至均压带,包括电缆屏蔽层、金属管道、金属门窗、设备外壳以及所有进出大楼的金属管道等金属构件进行电气连接,通过BVR-6连接到50*5*350等电位铜排上进行等电位处理。

       洪水预报警报系统的防雷接地是避雷针、避雷带、电涌保护器等设施有效发挥作用的保障,接地电阻满足≤4 Ω的要求可增设接地电阻在线检测设备,可以对建筑物的接地电阻进行实时监测,及时了解洪水预报警报系统装置的接地状况,采集数据传回监控中心终端。

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接地电阻在线检测设备安装示意图

       2021年,广西地凯科技有限公司将洪水预报警报系统的防雷工程升级设计为智能防雷安全监测系统,除了实施避雷针、电涌保护器、做好接地等防雷措施以外,还对电涌保护器状态、雷电预警装置、接地电阻在线监测等数据进行了采集,实现雷电预警和自动化远程监测电涌保护器的工作状态,迅速检测到设备的雷击情况,并有报警显示功能。还可以通过网络将数据传送到机房电脑终端或者手机APP,以便于各级通讯员及时了解防雷装置的运行实况,以保证洪水预报警报系统正常运行。

       近年来,随着社会经济的发展,人类不断扩大对自然资源的开发利用范围,加上我国地理环境复杂多样,使得我国自然灾害特别是洪涝灾害现象频频出现,及其所造成的损失也在不断的增加。建立城市洪水预防预警系统,为防洪部门提供暴雨预报信息和预警信号是保证人民群众生产生活的重要举措。广西地凯公司将用32年的防雷经验关注洪水预警报系统的雷击安全,为人民的生命财产安全保驾护航。