高速公路的通信、監控、收費與通風照明系統是一個功能強大的電器、電子系統，簡稱高速公路機電系統。由于高速公路所涉地域廣、距離長、地形復雜，極易受到雷電的干擾和危害。福建是雷電多發地區，每年高速公路機電系統都會發生很多起雷擊事故。例如：高速公路廈門收費所2002年6月30日遭一次雷擊。
　　
　　導致收費系統幾乎癱瘓，損壞設備類型8種。累計金額達20余萬元。我們在高速公路機電系統的建設與維護維修過程中，深受雷電帶來的災害之苦，深感高速公路防雷的重要性。本文從高速公路機電系統防雷工程目前存在的一些問題人手，提出了高速公路機電系統防雷工程的設計、施工、監理、運行維護各階段的規范化管理要點；針對高速公路機電防雷技術特殊性提出了技術規范化方面的要點；并總結了我們在高速公路機電系統防雷工程建設與維護中的幾點經驗體會。
　　
　　1 目前高速公路防雷工程存在的若干問題
　　1.1高速公路防雷系統工程還沒有專業的規范管理制度，高速公路防雷設計與施工都還未實現專業化管理。
　　
　　1.2高速公路防雷系統工程存在房建防雷與機電系統防雷在設計要求上脫節現象，防雷是各搞各的，沒有很好的綜合設計和有效地統一管理。
　　
　　1.3高速公路機電系統中防雷部分的設計內容普遍存在系統方案不完整，技術指標和要求不明確，防雷綜合性和系統性要求都較差。防雷產品的廠家、型號、規格無指定，具體技術指標無定量現象。
　　
　　1.4高速公路防雷部分由于在設計和招評標階段沒能引起大家足夠的重視，所以帶來投標單位響應不全面，防雷工程造價在后期工程中的投入明顯偏大。同時，施工過程因設計不具體而容易被簡化和忽略了某些重要內容。導致防雷系統出現漏洞和隱患，產生的不良后果往往使工程質量很難讓營運管理者滿意，也容易發生工程合同上的糾紛，以及被雷擊后無備品備件維修損壞的機電設備，導致重大功能長期失效，嚴重影響高速公路正常營運。
　　
　　1.5施工單位無防雷專業資格，施工者無防雷專業知識，導致防雷工藝要求不合格現象普遍存在。
　　
　　1.6施工監理缺乏防雷專業化知識和相應工程施工經驗，導致防雷工程質量達不到要求也相當嚴重。
　　
　　1.7防雷系統沒有定期檢測，容易帶來因防雷器失效而發生機電設備被雷擊的事故。另外，防雷系統日常維護管理無強制性規定，不利于及時發現防雷上出現的問題，容易導致雷擊事故的發生，帶來機電設備的損壞，甚至于危及人生安全。
　　
　　1.8高速公路機電系統防雷技術規范和防雷工程管理辦法應盡快出臺。
　　
　　2 高速公路機電系統防雷工程管理規范要點
　　為提高高速公路防雷工程的質量，減輕雷電對高速公路機電系統帶來的危害，應當實行高速公路防雷工程建設的科學化、程序化、專業化的規范管理制度，在已有的高速公路工程建設與營運的規范化管理中增加防雷系統工程這一特殊的規范化管理要求。
　　
　　2.1遵照執行國家《防雷減災管理辦法》(2000年6月20日頒發)，明確高速公路防雷工程系統管理總則。
　　
　　2.2高速公路防雷工程設計與建設應實行防雷專業資質和資格的管理制度。包括設計單位、施工單位、工程監理、維護單位及從業人員。
　　
　　2.3高速公路防雷工程在機電和房建工程招標與投標中應明確防雷部分的特殊要求和規定。
　　
　　2.4高速公路防雷工程監理人員應實行資格管理規定，明確防雷工程施工過程各環節的驗收和工程質量各類人員應負的責任。
　　
　　2.5高速公路防雷所用產品要實行國家統一的準人制度，對高速公路特殊防雷部件實行指定國家計量單位檢測和認證制度。如：高速公路緊急電話系統中的防雷部件等。
　　
　　2.6高速公路機電工程和房建工程在工程交工質量總體評分、評價中應明確防雷工程所占比重或實行一票否決制度。
　　
　　2.7確立高速公路防雷工程罰則，明確有關違反高速公路防雷管理規定的處罰條款。
　　
　　2.8防雷系統應實行定期檢測制度，明確維護管理各項規章制度，明確維護維修單位應具備的基本防雷檢測工具和檢測儀器，以及技術人員的專業化知識和技能的培訓制度。
　　
　　2.9防雷產品選用指南。有關國家行業管理部門定期對防雷產品市場信息進行匯總、編輯出版。
　　
　　3 高速公路機電系統防雷技術規范要點
　　高速公路機電系統防雷工程的技術規范化要求方面，要依據國家有關防雷法規，參照國家已出臺的防雷設計規范與防雷產品規范，結合高速公路防雷的特殊性，從高速公路機電系統的防雷系統設計、工程施工與監理、完工指標檢測與工藝檢查、日常維護維修上作規范化要求，具體內容如下：
　　
　　3.1高速公路機電系統房建防雷技術要求。主要包括：監控樓、
　　配電房、收費棚、通售機房、各類外場設備基礎、建筑物內各類金屬物體的等電位體(供水、供暖、制冷、供氣、照明線路、線纜管道、鋁制或鐵制的門窗等)。建筑防雷設計須遵循國家有關防雷規定。應參考國際電工委員會IEC有關標準和中國國標與部委頒發的各類設計規范，如IEC61024、IEC61312國際電工委員會防雷規范，<GB50057—94建筑物防雷設計規范》，《GB50174—93計算機房防雷設計規范》，GB2887—89《計算機場地技術條件》，97SD567《等電位聯結安裝》國家建筑標準設計圖集以及高速公路特定設計要求等。
　　
　　3.2高速公路收費站建筑綜合防雷設計要求，主要明確收費站內各建筑在綜合防雷方面的等電位體連接設計上的要求，還應包括收費棚出人口道路在內可利用的地基鋼筋網。
　　
　　3.3高速公路電力供給系統防雷技術要求。主要包括接地系統方式和技術要求，以及多級電源防雷體系要求。可參考信息產業部頒發的《YD5078—98通信工程電源系統防雷技術規定》。
　　
　　3.4機房場地安全技術的設計要求，包括防靜電地板材料參數、接地形式、屏蔽網、匯流排等，應參考GB2887—89計算站場地技術文件，GB9361—88計算站場地安全要求等。
　　
　　3.5非等電位的金屬導體采用瞬態等電位連接器(SPD)的防雷技術要求。主要指各類信號線、電源線、控制線上的防雷保護。依據該金屬線上的信號參數及所處物理位置情況制定不同的保護級別、保護形式以及各類電涌保護器的技術參數、適用環境和技術要求。這些要求包括：各類不同材質防雷器(氣體放電型、金屬氧化物半導體電阻器MOV、瞬間電壓抑制器TVS、自恢復保絲PTC、以及幾種器件復合型的產品)的適用場合、通流能力、反應時間、最大連續工作電壓和殘壓、通頻帶寬(速率)、DC／AC、報警功能、接口類型等等內容，可參考規范有：IEC61312—3電涌保護裝置的要求，GBl0195—88浪涌抑制型壓敏電阻器標準，國家公安部GAl73—1998計算機信息系統防雷保安器標準等。
　
　　3.6高速公路電子設備雷擊試驗技術規定。對在高速公路上使用的設備有必要進行防雷擊性能的測試，以確保高速公路機電設備的可靠、穩定的工作。可參考：GB3482-3483電子設備雷擊試驗國家標準。
　　
　　3.7防雷系統維護維修技術要求，應包括等電位體檢測方法，各類防雷器的檢修方法，各種信號線上電涌保護裝置的測試標準及必需的測試工具和測試儀器。

　　4 高速公路機電系統防雷工程建設與維護中的幾點經驗體會
　　總結當今防雷手段主要有：接閃器與引下線、等電位體連接、過電壓保護、電磁屏蔽與接地這五種方法，如何靈活、科學、合理、周密地運用這五種方法去綜合設計防雷系統就是我們目前面臨的最大問題。
　　
　　4.1高速公路機電系統的防雷是一個整體防護工程的概念，即系統防雷工程。以前，人們由于缺乏整體概念，雖然在雷電防護薄弱環節的不同點上安裝了過電壓保護器，但各類防護器件之間不能相互有機的聯系和控制，對雷電還是沒有起到應有的保護作用，達不到系統性的聯合防雷保護功能。高速公路的通信、監控、收費三大系統的防雷是一個很復雜的問題，不可能靠幾種先進的防雷器和設備就能完全消除雷電的影響，而必須采取綜合治理的方法，盡力排除可能產生雷擊的各種因素，才有可能將雷害減少到最低限度。
　　
　　4.2針對高速公路系統點多、線長、面廣之特點，特別需要引人分區防雷保護概念，尤其是緊急電話分機、車輛檢測器VD、廣場攝影機、可變情報板等均為相對獨立的防雷保護體，同樣需要按獨立體進行多區間的防雷設計保護。
　　
　　正如《交通信息產業》2002年第期《高速公路緊急電話遭雷擊分析與防雷建議》一文所述情況，該路段的緊急電話系統防雷措施還有很多不足之處，其一就談到副機防雷措施考慮不周導致遭雷擊的問題。實際上就是沒有將分機和付機在防雷上按獨立體進行多區間的防雷設計保護的結果，也就是說緊急電話分機和付機從機殼的屏蔽性能，基礎接地電阻值限定，進出分機體所有的信號線與電源線需安裝電涌保護器，連接電纜金屬屏蔽層接地處理等所有問題均需相應的防雷處理。特別是緊急電話機殼的屏蔽性能是一個容易被忽視的問題，當有直接雷擊中時，其性能是否良好十分關鍵，其最大的問題是門與殼體的連接處理，既要保證防塵、防雨、良好的密封性能，又要有良好的導電屏蔽效果；同時，還有揚聲器與拾音器及按鈕上的這些開口的屏蔽處理問題。因此，高速公路上這些相對獨立的防雷對象必須要做獨立的防雷系統處理，并分外部防雷、內部防雷和接地系統三部分進行完整的防雷保護設計，才能有效減輕雷害。
　　
　　4.3等電位連接方面在實際的機電工程中往往存在很大的漏洞。例l：某些收費站的廣場云臺攝像機很容易被雷擊壞，這雖然有地理環境易遭雷擊的因素，那肯定是存在防雷方面的某種缺陷，經技術人員現場分析發現該云臺的低壓24VAC供電線路上根本沒有相應的防雷器，僅在視頻信號線的兩端安放了一個視頻防雷器，這長度100多米的電源線，在遭雷擊時一定會產生很大的浪涌電壓從而損壞云臺。
　　
　　例2：某收費站的車道字符疊加器很容易被雷擊壞，被雷擊壞的字符疊加器幾乎都是與車道控制機連接的RS485接口芯片損壞。但車道字符疊加器是與車道工控機放置在一起的，其連接線不超過l米，雷擊時不可從該控制線上感應如此大的能量損壞RS485的芯片，而且，工控機內的RS485接口從未發現損壞，因此，問題可能出在車道字符疊加器的前端設備或與其連接上。從實際現場檢查分析發現車道攝像機整個立柱沒有接屏蔽，而且車道攝像機上的視頻防雷器的接地端沒有接在車道攝像機的防護殼上，當初工程施工時曾發現圖像信號出現嚴重干擾，在斷開防雷器接地線與車道攝像機的防護殼后的連接后干擾消失，所以，后來就沒有再接地了。這種情況相當于車道攝像機沒有與車道字符疊加器進行良好的等電位連接。
　　
　　車道字符疊加器視頻輸入端連接的車道攝像機就像是一付很好的天線，當其周圍有雷電發生時就會在車道字符疊加器與大地之間產生一個很高的瞬態感應電壓，并向低電位處釋放能量。導致車道字符疊加器的損壞。
　　
　　4.4較長距離的模擬信號傳輸，應采用帶屏蔽外殼的電纜，并做屏蔽接地處理，或者線纜穿屏蔽鋼管布設，否則，相應的接口板將容易遭雷擊損壞。例如：某高速公路主干道上的一個通信站，其設備是一套UMCl000光終端機，連接著十幾路電話、一個車輛檢測器和一個霧檢測器。每當該地域有雷電時，UMCl000上的所有電話接口板和數據通信接口板都將會被損壞，從被損壞的板子情況分析，雷電是從各模擬電話線上引入的，實際情況是車輛檢測器和霧檢測器在共用一根長達1公里多的模擬信號傳輸時，未采用帶屏蔽外殼的電纜，也未做傳輸屏蔽接地處理，且兩端均未加裝防雷器，又而導致雷電的侵害。
　　
　　4.5信號傳輸屏蔽處理具有良好的防雷作用，各類線纜連接應盡量采用。當線纜在戶外時，建議不要采用PVC管作電纜的防護，而是采用鋼管且作屏蔽連接處理作防護。同時，要求所有穿線人井或手井中均要做等電位體的連接，重要部位要做嚴格的屏蔽處理，包括沿線每隔一段距離打一根接地體等處理。當線纜在戶內時，在線纜較長距離時也要同樣處理，或采用屏蔽電纜并在兩端做有效的接地處理。例如：收費車道的局域網絡聯結，建議采用帶屏蔽層的網絡線，并做良好的屏蔽線的連接，此時的網絡集線器也應當采用接口具有屏蔽線連接功能的網絡集線器，并將集線器作良好的防雷接地。這種做法既能提高網絡傳輸的可靠性，又能避免雷害，還可以省去以太網形式的電涌保護器。
　　
　　4.6堅持對每起雷擊事件的原因分析，找出防雷工程中的缺陷，進行亡羊補牢，有利于逐步完善高速公路機電系統的防雷性能。從上述幾個高速公路機電系統被雷擊的事故案例分析中可以看出，我們只要不惜代價對防雷工程存在的缺陷問題進行必要的多次的整改，將極大地提高高速公路機電系統防雷的整體性能，同時，豐富了我們在機電系統防雷方面的工作經驗。
　　
　　4.7高速公路機電系統某些重要的電子設備和無人值守的機電設施在雷電多發地區應當做防雷冗余設計，以及防雷器故障自動報警的功設計。原因是當雷擊損壞了一個防雷器后，其電子設備即使得到了暫時的保護，但很難保證后續雷擊不發生和設備不被損壞。因此，在權衡設備重要程度與可靠性的情況下，有必要進行更加完善的防雷設計。
　　
　　5 結束語
　　總之，高速公路防雷工程是一項非常復雜的系統工程，除上述幾方面應引起注意外，實際工程設計和施工過程中，在防雷結構方案的優化，技術參數的確定，防雷產品選型，施工材料的選取，施工工藝考究，防雷器安裝技巧等方面都值得我們深人的研究和探討，同時還應當因地制宜，結合實際情況，細致的周密的設計相應的防雷方案，力爭取得防雷工程投資少、防護全面、配置合理、性能優良、維護方便，整個高速公路機電系統運行穩定可靠。