雷电防护一直是水情遥测系统的一个薄弱环节，以小花区间（小浪底—花园口区间）为例：2001年7月9日，黄河花园口地区出现雷雨天气，花园口水文站办公楼遭受雷击，中心机房遥测水位数据接收端、水情接收网络设备以及与黄委水文局联网通信设备被击毁，花园口水文测报信息网络传输系统陷于瘫痪，直接经济损失10多万元；2004年7月24日，伊河出现雷雨天气，造成陆浑水文站变压器、发电机等供电设备以及空调、电视机被雷电击毁。另外，黑石关、卢氏、新安、武陟等水文站在1999、2001、2002年曾发生过雷电事故，遥测水位计、电器、电话等设备被击毁多台，而且还发生了雷击伤人事件。
随着黄河水文现代化工作的进展，大量的自动化设备被应用。不容忽视的是，在水文测报生产中，雷电防护是一个薄弱的环节，在水文测报自动化系统建设中应引起足够的重视。接地装置是接地系统中的重要组成部分，直接影响到接地的效果——系统设备的安全。笔者以“小花间水情信息采集传输系统”建设为例，结合水文测报生产中暴露出的雷电安全问题，探讨了测报系统遥测站防雷地网接地电阻偏高的问题，提出了降低接地电阻的措施。
1 水情测报系统的组成
水文自动测报系统属于应用遥测、通信、计算机技术，完成江河流域降水量、水位、流量、闸门开度等数据的实时采集、报送和处理的信息系统。水文自动测报系统一般包括系统中心站、通信网络、中继站和各种水文遥测站(雨量站、水位站等)[1]。
水情自动测报系统的遥测站一般由遥测终端机RTU、水文传感器(雨量传感器、水位计等)、天线、馈线、避雷器、现场人工置数装置及太阳能/蓄电池装置等组成。安装在野外现场，用来自动监测当地的雨量、水位、流量、墒情、闸位等水文参数。
中继站一般由遥测终端机RTU、天线、馈线、避雷器及太阳能／蓄电池装置等组成。安装在野外和高山上，提供对偏远测站或由于地域复杂情况下测站数据传输中的存储转发，即接收相关偏远遥测站的无线数据并进行存储转发，将数据转发到中心站。
系统通信网络分为有线通信网(光纤、专用或公共电话网)、无线通信网(超短波、微波、GSM、卫星等)、电力载波及不同通信介质的组合等。
中心站一般设在防汛调度中心，用来接收各水文遥测站(中继站)发送来的数据并进行解调、存储和处理。
黄河小花间流域面积为35 883 km2，有伊、洛、沁三大支流呈树枝状于花园口上集中汇入黄河内，是黄河下游洪水的重要来源之一。为了增加该区间洪水预报的有效预见期，充分发挥非工程措施的防洪效益，建设黄河小花间暴雨洪水预警预报系统具有很高的经济价值和深远的社会价值。
该区间站网设计中遥测站点175处，其中雨量站127处，水文站39处（含水库站），水位站9处。系统通信采用卫星、GSM两种通信方式。对于国家报汛站采用卫星和GSM两种通信方式，互为备用，在公用移动通信可覆盖的地区，优先考虑GSM短信通信方式[2]。
2 雷电防护和接地工程
所谓雷电防护就是通过合理、有效的手段将雷电能量尽可能地引入大地，防止其进入被保护的电子设备。雷电入侵水情遥测系统的途径有：由电网电源供电线路入侵；由计算机通信线路入侵；地电位反击电压通过接地体入侵。
雷电防护的原则是：①将绝大部分雷电直接引入地下泄散（外部保护）；②阻塞沿电源线或数据、信号线引入的过电压波（内部保护及过电压保护）；③限制被保护设备上浪涌过压幅值（过电压保护）[3]。也就是说，在水文测报现代化建设中，随着计算机、卫星通信设备的大规模使用，防雷从单纯一维防护转为三维防护，包括防直击雷、防感应雷电波浸入、防雷电电磁感应、防地电位反击以及操作瞬间过电压影响等多方面作系统综合考虑。
防雷工程的一个重要的方面是接地以及引下线路的布线工程，整个工程的防雷效果甚至防雷器件是不是起作用都取决于此。
接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷、感应雷或其他形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。从避雷的角度讲，把接闪器与大地做良好的电气连接的装置称为接地装置。接地装置的作用是把雷云对接闪器闪击的电荷尽快地泄放到大地，使其与大地的异种电荷中和。
地网的效果取决于地网与大地之间的电阻。土壤含水量增加时，电阻率下降。当土壤含水量增加到20%~25%时，土壤率将保持稳定。土壤电阻率与土壤的结构（如黑土、黏土和沙土等），土质的紧密度、湿度、温度等电阻以及土壤中含有的可溶性的电解质有关[4]。
埋设接地体的地点应选择在潮湿、土壤电阻率较低的地方，这样比较容易满足接地电阻要求。同时还应注意使接地体与金属物或电缆之间保持一定距离，以免发生击穿事故。施工时还应注意下面几个问题：①必须保证结构的可靠性，结构的所有连接部分必须用电焊或气焊连接，不得用锡焊；②如果埋设点土壤电阻率太高时，应换上电阻率较小的土壤，也可采用长效降阻剂，以降低土壤的电阻率；③接地体适用的材料通常是镀锌扁铁、镀锌圆钢和角钢、钢管等。人工接地体的尺寸不小于下列数值：圆钢，直径8 mm；扁钢，截面为100mm2，厚度为4 mm；角钢，厚度为4 mm；钢管，壁厚为3.5 mm。
3 地网电阻偏高原因及降阻措施
3.1 接地电阻偏高的原因
在客观条件方面，主要有以下2点：①土壤电阻率偏高，特别是山区，由于土壤电阻率偏高，因此对系统接地电阻影响较大；②土壤干燥，干旱地区、砂卵石土层等相当干燥，而大地导电基本是靠离子导电，干燥的土壤电阻率偏高。
在勘探设计方面，对于地处山区的水文站，如潭头、石门峪、润城等水文站，由于土壤不均匀，因此土壤电阻率变化较大，这就需要对每处地网进行认真的勘探、测量。根据地形、地势、地质情况，设计出切合实际的接地装置。若不根据每处地网的地形、地势情况合理设计接地装置并计算其接地电阻，而是套用一些现成的图纸或典型设计，这样从设计上就留下了先天不足，造成地网接地电阻偏高。
在施工方面，对于不同水文站或雨量站的接地来说，精心设计重要，但严格施工更重要。因为对于地形复杂，特别是位于山岩区的测站，接地地网水平接地沟槽的开挖和垂直接地极的打入都十分困难，而接地工程又属于隐蔽工程，如果施工过程中不实行全过程的技术监督和必要的监理，就可能出现如下一些问题：①不按图施工，尤其是在施工困难的山区，屡有发生水平接地体敷设长度不够、少打垂直接地极等；②接地体埋深不够，由于山区、岩石地区开挖困难，使得接地体的埋深往往不够，埋深不够会直接影响接地电阻值；③回填土的问题，有关规范要求用细土回填并分层夯实，在实际施工时往往很难做到；④采用木炭或食盐降阻，这是最普遍的做法，采用木炭或食盐降阻，会在短期内收到降阻效果，但这是不稳定的，因为这些降阻剂会随雨水而流失，并加速接地体的腐蚀，缩短接地装置的使用寿命。
在运行方面，有些地网的接地装置在建成初期是合格的，但经一定的运行周期后，接地电阻就会变大，除了前面介绍的由于施工时留下的隐患外，以下一些问题值得注意：①由于接地体的腐蚀，使得接地体与周围土壤的接触电阻变大，特别是在山区酸性土壤中，接地体的腐蚀速度相当快，会造成一部分接地体脱离接地装置；②在山坡地带，因水土流失而使一些接地体离开土壤外露；③接地引下线与接地装置的连接螺丝因锈蚀而使回路电阻变大或形成电气上的开路；④接地引下线接地极受外力破坏，如武陟水文站接地装置的连接线在清运垃圾时被误损坏。
3.2 降低接地电阻的措施
要解决接地电阻偏高的问题，首先要对其原因进行认真的分析，到现场进行认真的勘探，依据相关技术规范，制定出切合实际的降阻措施。
在初期的规划与设计方面，必须注意以下几点：①要对每处遥测点地网所在位置的地形、地势、地质情况进行准确勘探，测量接地体埋设点周围的土壤电阻率及其分布情况，找出可以利用的地质结构；②调查所在地的雷电活动情况和规律，决定所采取的防雷措施及其对接地电阻的要求；③调查所处地段土壤对钢接地体的年腐蚀率和土壤的酸碱度；④根据以上几项内容进行计算和设计，制定出切合实际的降阻措施和施工方案。
施工工艺以及后期的运行管护应该遵守如下几点：第一，水平外延接地，因为水平放设不但施工费用低，而且可以降低工频接地电阻和冲击接地电阻；第二，深埋式接地极，如地下较深处的土壤电阻率较低，则可用竖井式或深埋式接地极；第三，精心施工，设计图纸和施工方案制定出后，就要到现场精心组织施工，对水平接地体、垂直接地体的布置严格按设计要求布置，对各焊接头质量、降阻剂的使用、回填土等环节严格把关；第四，加强运行维护，要针对地网工程接地装置运行中容易发生的问题，加强运行维护和巡视检查，及时进行缺陷处理，定期进行接地电阻和回路电阻测量，以保证接地一直处于良好的状态。
4 结 语
“黄河小花间暴雨洪水预警预报系统”作为“数字黄河”的首项工程，是黄河水文由传统水文迈向现代水文的标志性项目，它是体现着现代化、体现着当前最高科技水平，使黄河水文测报和信息服务发生革命性变化的一个系统工程。在该项建设工程中应用了大量的自动化设备，要保证设备运行安全，必须搞好自动化测报系统的防雷接地工程。
接地工程本身的特点就决定了周围环境对工程效果具有决定性的影响，脱离了工程所在地的具体情况来设计接地工程是不可行的。设计的优劣取决于对当地土壤环境的诸多因数的综合考虑。土壤电阻率、土层结构、含水情况、季节因数、气候以及可施工面积等等因数决定了接地网形状、大小、工艺材料的选择[4]。
遥测系统防雷接地工程是一个系统工程。要从勘探设计入手，对施工过程进行严格把关，还要落实到运行维护上[5]。
参考文献：
[1] SL61-2003，水文自动测报系统规范[S].北京：中国水利水电出版社，2003.
[2] 河南黄河水文勘测设计院.小花间暴雨洪水预警预报系统[Z]. 2002.
[3] 郭荣祥.结合雷击事例完善信息系统防雷保护[J]. 建筑电气. 2003, (2).
[4] 杨金夕.防雷接地及电气安全技术[M]. 北京：机械工业出版社，2004.
[5] 防雷减灾管理办法[S]. 2000.6.