1、县级电网通信机房防雷分析及应用摘要：近年来，国家电网公司“三集五大”体系正在向着纵深方向改革，电力系统通信设备的安全稳定运行对县级供电企业扁平化、同质化管理的科学推进起着重要的技术支撑作用。目前，随着电力通信主干网络和各地区光缆线路的建成运行，电力通信取得了长足的发展，覆盖了所有变电站和基层供电所。根据上级管理部门相关资料统计，电力通信方式逐步进入以 SDH、PCM 设备为主，微波、扩频等设备相辅相成的综合通信网，随着高精度、高技术电子通信设备的大量使用，提高电力通信机房的防雷系统水平已刻不容缓。 关键字：电力通信；防雷体系；防雷措施 中图分类号：E965 文献标识码：A 0 引言 近年来，渑
2、池县电业局通信及自动化装备水平随着“国一流”县级供电企业的创建，其信息化水平达到了前所未有的广度和深度，市县光纤连通率、县所光纤覆盖率、变电站综自化率全部达到 100%，与此同时，大规模的通信、综合自动化及网络电子设备上线运行，这给设备的运行维护带来了前所未有的挑战。从防雷措施实施前两年来的运行数据统计，由于雷击造成的二次设备损害占故障的 28%，那么如何保障以上设备的安全稳定运行，确保信息高速公路畅通无阻，尤其在雷电活动频繁的渑池地区，显得尤为重要和迫切。 1 雷电的形成和危害 1.1 雷击损害的形式主要有以下几种1： 1.1.1 直击雷损害，即带电的云层与大地某一点之间发生迅猛的放电现象。
3、 1.1.2 感应雷损害，也叫二次雷，即带电云层由于静电感应作用，使地面某一范围带上异种电荷。当直击雷发生以后，云层带电迅速消失，而地面某些范围由于散流电阻大，以致出现局部高电压，或者由于直击雷放电过程中，强大的脉冲电流对周围的导线或金属物产生电磁感应，出现高电压以致发生的闪击的现象。 1.1.3 球形雷损害。雷击过电压损坏设备可分为两种情况，一种是受雷电直击，另一种受感应雷影响所致。据统计电子设备受雷电直击而损坏的机率很小，而绝大多数损坏为感应雷造成，雷电行波通过传输信息的电路线传至电子设备使其某些电子元件受损。 还有一种情况值得重视的是电子设备附近的大地或其他设备的接地体，因受直击雷引起的
4、电位升高，会使电子设备造成反击，使之对地绝缘击穿。所以凡联结有输人或输出线路的电子设备应考虑以上三条侵入途径。不论那种途径侵入的雷击过电压加在电子设备上冲击引起两种过电压，一种是：使平衡电路某点出现超过允许的对地过电压，称为纵向过电压，地电位上升引起的反击也属于从地系统侵入的纵向过电压;另一种是平衡电路线间或不平衡电路线对地出现的过电压称为横向过电压。使用对称传输线的设备，横向过电压是因线路两线间存在不同的纵向过电压;或因纵向防护元件放电性能的分散性(如动作时间有快慢的差别)是造成横向过电压的原因，如果在平衡线路上的两个纵向防护元件，其中一路故障或失效这就造成了横向过电压的极限情况。 2 雷电
5、侵入电力通信机房的途径 2.1 雷击造成电力通信机房损坏通常有 3 中途径2： 2.1.1 直击雷损害，雷电直接击在机房大楼或者屋顶微波接收器等金属物体上，因高电压、热效应和机械效应造成设备或建筑物的损坏。 2.1.2 闪电电涌沿着与设备相连的电源线、信号线或者其它金属管线侵入机房内，使连接在线路中的电子设备受损。在县级电力系统中，雷电侵入电源线路过程大致为：雷电波通常是通过变电站（35kV）临近的10kV 线路侵入 10kV 母线，再经过 10kV 所用变压器高、低压绕组间的静电和电磁耦合，闯入低压出线。途中经过了 10kV 线路阀式避雷器、母线阀式避雷器和所用变阀式避雷器 3 级削峰，再经
6、过所用变低压出线的平波作用，电压幅值大为下降。但由于雷电波的电压、能量极高，且阀式避雷器等设备技术上的局限性，虽然绝大部分的雷电能量都能在到达设备之前得以消除，但雷电波幅值相对较高，在作用时间很短的低能量尖峰脉冲的作用下，通过所用变压器的低压出线，仍能对机房内所有的220V 交流回路中的电气二次、通信和电子设备造成危害。由二次设备雷电入侵可分如下两种情况： 2.1.2.1 无屏蔽措施的信号传输线路，在地面突起物体遭直击雷雷击时，强电压将临近土壤击穿，雷电流直接入侵到地埋电缆外皮，进而击穿外皮，使高电压入侵线路。 2.1.2.2 感应雷通过系统的综合自动化设备和信号采集的二次电缆入侵，以很高的电
7、压直接加到远动系统的信号和传送端上，造成接收和发送端模块烧坏。 2.1.3 设备接地体在雷击的时候，产生瞬间高电位，形成地电位“反击”而损坏电子设备。在电力通信机房发生雷电灾害的基本上都是雷电脉冲侵入通信线路以及电源线路而造成的。 3 电力通信系统机房的防雷措施 感应雷的防护是从整体和系统上建立起三维防护体系，渑池县电业局针对 35 千伏变电站和通信机房现状，采取以下防雷措施： 3.1 外部防雷。按照 GB50057-2010建筑物防雷设计规范 ，对机房大楼安装外部防雷装置。外部防雷装置的接闪器采用接闪杆、接闪带、接闪网、金属构件等，并利用引下线将绝大部分能量直接引入地下接地体释放，确保机房大
8、楼及屋顶设备免受直击雷的损害。并且引下线符合规范要求，专用引下线不少于两根，并沿建筑物四周均匀对称布置。 3.2 内部防雷。为保护电力通信机房内设备的安全，参照 GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范 ，划分电力通信机房雷电防护等级，将电力通信机房定性为 B 级，在 GB50057-2010建筑物防雷设计规范附录电涌保护器选择要求中，在低压系统中采取多级安装电涌保护器进行电子设备的内部防雷保护，确定分别对电源线路和信号线路进行保护。 3.2.1 电源线路保护。根据 GB50057-2010建筑物防雷设计规范4.2.3 建筑物防闪电电涌侵入的措施的规定，对室内低压配电线路全线采用
9、电缆直接埋地敷设。并采用三级防雷防护措施。第一级保护，安装在变电站主控室、通信机房输入电源总配电室内的进线配电柜上，主要用于保护整幢建筑物用电设；第二级保护安装在高频直流设备配电柜上；第三级保护安装于各个用电设备的电源端，用于保护最终的用电设备（如光端机、载波机、后台微机设备等） 。 3.2.2 信号线路保护。根据 GB50057-2010建筑物防雷设计规范及 GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范 ，对电子系统线路设置浪涌保护器。因为数据通信的接口电路比供电系统要灵敏得多，所以通信线路防雷技术要求较高，除满足防雷要求外，还需保证传输数据符合要求，且电子设备耐压低，对防雷器件的
10、残压要求更为严格。 3.3 接地系统。在变电站综合防雷措施中，良好的防雷接地系统是必不可少的一部分，且该接地系统的工频冲击电阻值须符合现行的建筑物防雷设计规范和建筑物电子信息系统防雷技术规范规范的要求3 。当接地系统中的工频冲击电阻值达不到规范设计要求时，可增加人工地网，材料可以选用热镀锌角钢、钢管、扁钢等，也可以采用现行防雷厂家制作的接地模块及接地极等配合使用。人工接地体在土壤中埋设深度不应小于 0.7m,并敷设在当地冻土层以下，并远离高温环境等影响土壤电阻率升高的地方，确保建筑物有一个良好的接地系统。按照要求，使用接地电阻测试仪，对辖区所用 35 千伏变电站通信机房和调度大楼机房的接地电阻
11、进行了逐一测试，对于接地电阻测试不合格的机房，采取了增加人工地网的方式来达到指标要求。 3.4 等电位连接方式。穿过防雷区界面的所有导电物、电气、电子系统的线路应在界面处做等电位连接，宜采用局部等电位连接带做等电拉连接，各种屏蔽结构或设备外壳等其他局部金属也连到该带4 。电子信息系统的机房应设等电位连接网络，电气和电子设备的金属外壳、机柜、机架、金属管、槽、屏蔽线缆外层、信息设备防静电接地、安全保护接地、浪涌保护器（SPD）接地端等均应以最短的距离与等电位连接网的接地端子连接。连接方式有 S 型和 M 型两种基本形式。渑池局 35 千伏变电站通信机房采用 M 型结构进行等电位处理，确保当机房遭
12、受雷击的时候，机房内所有的设备都处于同一电位，防止因雷电电位差损害设备。4 结语 通过对渑池县电业局 35 千伏变电站通信机房雷电防护的系统分析，提出了完整的雷电防护技术策略，并经过近半年的部署，渑池电网中心机房、通信机房、12 个变电站终端机房以及部分供电所信息机房，已经形成完善的三级防雷系统。该系统经过一年的上线运行，今年迎峰度夏期间未发生设备雷击事件，防雷系统的有效实施，确保变电站电力通信机房在雷电气候条件能稳定运行，同时也为其他新建变电站和通信机房提供防雷经验。 参 考 文 献 1杨晓东.雷击种类及其综合防护技术浅析J.气象与环境学报,2006.06,22(3). 2刘习义.浅析电力系统通信机房的防雷接地技术J.信息通信,2011.116(6):47-49. 3电子信息系统机房设计规范S.北京:中华人民共和国住房和城乡建设部,2009.06.01. 4王厚余.低压电气装置的设计安装和检验M.北京,中国电力出版社,2007.29-33. 作者简介:赵江华（1978） ，男，河南省三门峡市渑池县人，高级工程师，主要从事电网调度管理、光纤通信工程项目建设和管理方面的研究.
