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          雷電維保設計與實現研究

          學術期刊發表網 位置:理工論文 時間:2021-01-22 09:47 (12)

          摘要:摘 要: 本文是以《企業防雷系統設計與實現》課題為依據,通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數,根據建筑物區域分布,利用精密儀器和大數據的分析處理,主要研究實驗企業可能受

            摘 要: 本文是以《企業防雷系統設計與實現》課題為依據,通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數,根據建筑物區域分布,利用精密儀器和大數據的分析處理,主要研究實驗企業可能受雷擊的風險評估,利用監測程序制錄入數據,程序采用了 SpringMvc+Mysql+Flink 的技術體系搭建,通過 Http 接口接收設備發出的雷擊信號請求,并完成雷擊數據的入 Mysql 庫。多維 度采集的信息,上報設備 ID、發生時間、雷擊強度等。數據除了存儲到 Mysql 以外,同時會雙寫錄入到 Elasticsearch,實現基于 SQL 的查詢和全文基于內容的搜索。Flink 系統運行 SQL 作業,應用風險算法模型,分析數據流,得到風險級別,通過年度數據 的分析,給出防雷站點合理性參數,加強區域性防雷設施維護,確保精細化儀器以及重點區的雷電防護,提高防雷維保的重要性和完整性。

            關鍵詞: 風險評估; 防雷裝置; 雷電防護; 維護

          雷電維保設計與實現研究

            參照江蘇省氣象部門雷電資料,結合淮安市氣象監測站 50 年雷暴日統計,淮安市平均雷暴的天數值為 37.8,淮陰卷 煙廠自投運以來,建筑設備系統都不同程度地受到雷擊影 響。有部分設備被雷電損壞,喪失運作功能,重者全系統癱瘓,企業經濟損失慘重,給安全財產帶來隱患,淮陰卷煙廠創 建于 1945 年,現擁有員工 2400 名,占地 426.96 畝,擁有固定資產原值 11 億元,年生產能力 60 萬箱,為國家大型企業,全國煙草行業 36 戶重點企業之一,是江蘇中煙工業公司重要 組成部分,更突顯防雷設施維保的重要性,本課題通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數,分析各種環境入手,為防雷 維保系統構建選擇提供思路,利用精密儀器和大數據的分析 處理,研究該廠可能受雷擊的風險評估,給出該站點代表合理性參數,綜合運用各種防雷技術和手段,加強區域性防雷 設施維護,增加精細化儀器保護,形成一個綜合性的防雷系 統,達到預計的雷電防護效果,以此提高雷電維保的重要性和完整性。

            一、淮陰卷煙廠現有的防雷現狀

            淮陰卷煙廠位于城區開闊地帶并且面積較廣,易受雷擊 影響; 廠區建筑安裝有雷電外部防護,接地地網及雷電內部防護,但部分樓頂避雷帶倒伏,銹蝕嚴重; 淮陰卷煙廠廠區的 計算機網絡、內控系統,在引入通信線路過程中有些通過戶外明線引入的,線路電線雜,承重處連接在金屬構件上,隱患 很大,在引入配電接口過程中未安裝專用的信息信號浪涌保 護器( SPD) 做雷電防護; 淮陰卷煙廠廠內的工作用電線路是 由交流供電線路安裝,從遠至近架空明線到煙廠廠區附近,再通過地埋引入廠區各建筑內,因淮陰卷煙廠地理位置處于 空曠區,理論上容易受到雷電感應電磁脈沖的攻擊。

            淮陰卷煙廠在 2020 年市防雷技術專家現場勘查后認 為,淮陰卷煙廠的廠房直擊雷防護設施和防雷接地措施較為 良好,但部分廠區內施工車間樓頂避雷帶倒伏,銹蝕嚴重,雷電感應防護措施和防雷電電磁脈沖措施連接不完全到位。 通過現場勘察,檢測數據等情況綜合總結,淮陰卷煙廠雷 擊防范意識略微欠缺,廠區生產車間、庫房、信息通信中心在雷電天氣下工作運行,環境風險較高安全隱患較大,這種情況 說明淮陰卷煙廠需要采取強有力的雷電維保措施。課題組通 過勘察,走訪調研,并充分與用戶溝通,在符合國家有關防雷規范的前提下,為該提供防雷的硬件設計與軟件開發。

            二、防雷系統的硬件布置與軟件與開發

            ( 一) 硬件

            在廠內安裝雷電計數器,雷電計數器配有電流互感器。 安裝使用時( 如圖 1) ,把電流互感器芯套入防雷器的 PE 線 上,互感器次數線圈的兩根線引安裝于需要泄放雷電流的防雷模塊,如防雷器的接地線上入雷電計數器的 1、2 接線柱, 牢固連接,雷電流計數器有六個接線柱,L、N 兩個接線柱接 交流電源線,為計數器提供充電電源,在 LED 數碼管上按下 顯示開關,即可顯示泄放雷電流次數,計數器 T、R 端子可以外接 NPX01-TTL 數據轉換模塊,配合上位機軟件在控制室對 各計數器記錄情況進行查看。

            ( 二) 系統軟件開發

            課題研究團隊開發了閃電計數監測系統程序,該程序采用了 SpringMvc+Mysql+Flink 的技術體系搭建,這套體系的優 勢是技術開源,成熟度較高,安全可靠。SringMvc 作為服務 層框架,用來實現數據采集、入庫、分析、查詢、展示等功能邏輯。Mysql 作為數據庫,用來存儲設備、雷擊信號、報警記錄 等數據。Spark 用來實時運行監控算法模型。程序主體包括 3 個模塊: 設備模塊、數據模塊、告警模塊。 設備模塊提供 Http 管理接口及管理后臺頁面,實現對設 備增、刪、改、查等功能。同時模塊提供了探活 Http 接口,要 求設備定時通過接口上報設備健康狀態,從而實現對設備工 作狀態的記錄和監控,能夠及時發現故障設備并進行修復或 替換。

            數據模塊,通過 Http 接口接收設備發出的雷擊信號請 求,并完成雷擊數據的入 Mysql 庫。采集的信息維度,主要有: 上報設備 ID,發生時間,雷擊強度等。同時提供數據查詢 接口,用于管理后臺搜索查詢相關數據記錄。數據除了存儲到 Mysql 以外,同時會雙寫錄入到 Elasticsearch。Elasticsearch 是一個基于 Lucene 的實時分布式的搜索與分析引擎,提供了包括全文搜索、日志分析、運維監控、安全分析等功能,補充 了單一 Mysql 存儲在大數據管理、分析領域的不足。

            告警模塊是一個實時數據流處理子系統,采用了 Flink 框架,來實現雷擊信號數據實時處理。首先在數據模塊,會 將設備上報的每條雷擊數據,同步送入到 Flink 系統。Flink 系統運行 sql 作業,使用風險算法模型,分析數據流,得到風 險級別。我們把風險級別分類為無、低、中、高四種類型,分 別給到不同形式和范圍的告警處理。比如低危采取“少數值 班人+短信通知”,高危升級為“全員+電話通知”,實現了靈活的告警通知機制。

            ( 三) 系統運行情況

            通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數的顯示,8 月 1 日 江蘇省大范圍的雷暴天氣,高空切變,后轉偏北氣流,降溫,加 之副熱帶高壓位勢低未大幅度南退所致?;窗驳睦妆┨鞖?, 是由于江蘇省高空原偏北氣流切變,副熱帶高壓增強北移,脊線由 27°N 北移 30°N 造成的。8 月 1 日淮安有明顯雷擊,淮陰 卷煙廠經度 119°14'48″,緯度 33°23'47″屬于雷擊區域內。經第 二天查驗,電壓傳感器,無線收發器電性連接的處理器連接警報裝置和顯示屏,受到泄放雷電流時壓力傳感器的檢測變化, 所有檢測的量數據全部通過無線發射器發送到監控室,無線 收發器吧檢測到的數據顯示到電腦顯示屏上,雷擊警示燈不停閃爍,警報提醒程序運轉,提醒工作人員檢查機器設備,提 前排除故障,廠內安裝雷電計數器數字顯示泄放雷電流次數 為 2 次,閃電計數監測系統程序警示燈亮 2 次。

            三、數據分析與提出的維護建議

            從以上幾個實驗數據不難發現,從雷擊災害防護方面來看,淮陰卷煙廠系統運行一般都實在“高雷擊”風險環境下, 即對于雷電災害風險的“遭遇程度”很高,因此需要采取科 學,有力的維保措施。根據 IEC61312《雷電電磁脈沖的防 護》,GB50057-94《建筑物防雷設計規范》標準,提出一下幾個建議。

            ( 一) 管理存檔制度

            由熟練掌握雷擊防護知識,技術的人員負責管理。廠區內所有建筑防雷裝置投入使用后,建立防雷裝置管理制度, 廠區內安裝的避雷器應由具有設計施工資質的單位施工,對 防雷裝置的設計、平面等工程圖紙避雷產品合格證,測試報告資料做好存檔。

            ( 二) 廠區防雷裝置的日常維護

            1.定期維護和日常檢查

            負責人員在雷雨季節到來之前,應對廠區建筑物防雷裝 置進行一次全面檢測,做好阻值記錄,如發現有銹蝕、倒伏等 現象做好記錄,維護需在雷電天氣之后的晴天進行。

            2.防雷裝置檢查注意事項和裝置維護項目

            ( 1) 目測廠區建筑物外部防雷裝置有無脫焊、倒伏,特別 是在裝置 連 接 處 容 易 銹 蝕,應去除表面銹跡在進行阻值 測量。

            ( 2) 廠區內接地裝置的電阻值如果超出規定值,應檢查 檢測儀器電量,設備接地裝置和土壤濕度條件,找出超出規 定值得原因,采取有效的整改措施。

            ( 3) 目測檢查廠區內配電浪涌保護器的運行情況: 有無 表面損壞,接地線脫落,過電流焦印記,接觸不良等。如發現故障,檢查人員應及時排除或更換并做好工作記錄。廠區內 所有電源線路應采取 II 級雷電防護,信息中心機房信號線路至少采取 I 級雷電防護才能達到雷電防護的要求。

            參考文獻:

            [1]袁金水.建筑電氣設備防雷接地裝置的運行維護探 討[J].建筑工程技術與設計,2018.

            [2]張建成. 電氣設備防雷裝置防雷檢測及運行維護 [J].科技資訊,2016.

            作者:劉鴻斌 王劍武 胡 爽 查懷華 胡 俊

            相關期刊推薦:《科技風》是經國家新聞出版總署批準,河北省科學技術協會主管,河北省科技咨詢服務中心主辦的國內公開發行的大型綜合類科技期刊。國內統一刊號:CN13-1322/N;國際標準刊號:ISSN1671-7341,郵發代號:18-38,半月刊標準大16K開本。


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