摘要：雷电灾害是联合国“国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。在我国，雷电灾害是仅次于暴雨和滑坡泥石流名列第三的气象灾害。本文通过咸宁电力调度及通信系统遭受雷击的事例，结合现有的防雷措施对雷击原因进行分析，并提出完善应对措施。
关键词：电力调度及通信系统；雷击；雷电防护
引言
湖北省咸宁市位于长江东南岸，地处长江中下游，幕阜山北麓，为山区与丘陵地形，雷雨较多，特别是春夏两季，雷电暴雨出现尤为频繁，对电力系统的影响特别严重。随着电力系统容量的增加，自动化水平的不断提高，无人值班变电站的增多，电力系统对电网调度自动化系统与通信系统的稳定性和可靠性提出更高要求，而电网调度自动化系统与通信系统的装置对外界的干扰极为敏感，电流、电压冲击耐受能力弱小。特别是雷击过电压对系统电源、通信等回路的冲击，常常破坏设备的稳定性甚至使装置损坏。因此提高电网调度自动系统与通信系统的防雷技术水平显得尤为重要。
1 咸宁供电公司电网调度自动化系统及通信系统
咸宁供电公司电网调度自动化系统及通信系统起步于1989年，历经1999年，2003年，2013年几个阶段的改造与升级换代，构建了新一代的电网调度自动化系统及通信系统，涵盖全市4县1区1市的所有变电站、供电所、营业厅。电力调度通信系统包括电话、调度电话和管理电话、远程控制和数据信号、远方保护信号、传真、计算机通信、系统运行状态图像信息等内容。
目前，咸宁电力的电网调度自动化系统传输基本采用数字接口，变电站综合自动系统（少部分RTU）上传采用RS232接口和通信系统连接，语音通信采用RJ11接口连接，RTU和通信设备是由微电子器件组成，一些微电子器件工作电压仅几伏，传递信息电流小至微安级，对外界的干扰极其敏感，而雷电流雷击电磁脉冲对微电子设备的干扰和损害尤为严重。在雷雨季节，咸宁公司调度大楼和变电站所属调度自动化通信系统（Modem、SDH/PCM、程控交换机等）等常常损坏。
2 2015年咸宁电网调度自动化系统及通信系统设备遭受雷击情况
2015年7月咸宁供电公司塘角变因站遭雷击，将塘角变PCM烧坏造成5块用户盘和1块数据盘1块电源块烧坏，变电综合自动模块烧坏，直接经济损失2万多元。同一天，浮山变电站电网调度自动化系统向市调转发模块烧坏。2015年8月马桥变电站通信系统环网控制器被雷击坏；2015年9月鹿门变环网制器、语音网关被雷击坏，2015年9月咸宁供电公司通信机房遭雷击，造成所有正在使用的音频设备损坏，其中有程控交换机的12块用户板、PCM 10块用户板、调度台一个正在使用的调度总机损坏，对咸宁公司的正常运营造成很大的影响。
3 现有防雷措施：
（1）外部防雷：变电站站区内设有独立接闪针，站房屋面女儿墙敷设有接闪带；站区露天设备钢架均已接地并与站房共用接地网。供电公司屋面女儿墙敷设有接闪带。
（2）电源防雷：供电公司及变电站配电系统电源均采用三级防护，避雷器采用的是B、C、D三级防雷的方式。第一级（B级）保护安装在建筑物输入电源总配电室内的进线电柜上，主要用于保护整幢建筑物用电设备或是单位的主要用电设备。第二级（C级）保护主要安装在设备配电柜上。第三级（D级）保护主要安装在各用电设备的电源端，用于保护最终的用电设备。
（3）等电位连接：机房静电地板下采用铜排敷设闭合汇流排，并将静电地板、金属门窗、各种设备金属壳体、柜体、机架与汇流排连接。
4 结合咸宁公司电网调度自动化系统及通信系统防雷存在的问题分析
从咸宁电力电网调度自动化系统及通信系统受雷害数据来看，SDH工作正常，没有遭受雷击的记录。而受雷击损坏的元器件全部在PCM中，PCM设备损坏的部件又集中在用户板上：一是15路电话用户B板、二是4线EM板，前者占绝大多数。这两块用户板都连接有外来线路，一条线路是较长的室外架空用户电话线路，另一条是室内通往综合自动化系统的线路，雷电流会从这两个途径侵入。而电力调度自动化系统信号线的前端是综合自动化系统及其他设备，这些设备均未发现损坏，表明雷电流未从这里经过，进而侵入通信设备。那么可以肯定，雷电流通过侵入架空电话线造成设备损坏。
4.1 雷电对设备的主要入侵途径
（1）雷电反击。雷电的反击现象通常指遭受直击雷的金属体（包括接闪器、接地引下线和接地体），在引导强大的雷电流流入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属导体上会产生非常高的电压，对周围与它们连接的金属物体、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差会引起闪络。在接闪瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电（又叫闪络）的现象叫反击。
（2）闪电静电感应。由于雷云的作用，使附近导体、线路上感应出与雷云符号相反的电荷，雷云主放电时，先导通道中的电荷迅速中和，在导体上的感应电荷得到释放，如没有就近泄入地中，这些电荷将沿着线路产生大电流冲击设备。
（3）闪电电涌侵入。由于雷电对架空线路、电缆线路或金属管道的作用，闪电电涌可能沿着这些管线侵入屋内，危及人身安全或损坏设备。
（4）电磁感应。由于雷击后，巨大的雷电流在周围空间产生迅速变化的强大磁场所致，这种磁场能在附近金属导体上感应出很高的电压。如在线路附近发生雷云对地放电时，在线路上就会产生电磁感应过电压，对线路上的设备造成危害。
4.2 雷击原因分析
（1）排除电源线的雷电波侵入。若雷电从电源线引入，首先损坏的应该是电源板及其它共用一组电源（-48V）的板块，但这些设备都完好无损。而资料显示，损坏的部件总是两个用户板，这些表明雷电不是由电源线引入的。
（2）从用户板上损坏的元器件看，均有烧黑甚至炸裂的现象，说明曾有强大的电流通过。而这些损坏的元器件都是与外线有连接的分路集成模块，严重时主控模块也不能幸免。
（3）原线路防雷器件中有放电的痕迹，严重时器件烧糊发黑完全损坏，显然曾受强大电压或电流的冲击。
（4）经观察，凡损坏的用户板上都接有超过百米以上的高架用户电话线路。频发的雷电使室外电话线路雷电感应电的机率大增；室外用户线路过长。当线路被雷电击中（直击雷）或线路附近雷击后，巨大的雷电流在周围空间产生强大磁场，并在电话线路上感应高电压（雷电感应），并由电话线引入设备中，使之与相连的用户板因无法承受如此高强度的电压冲击而损坏。
（5）外接话路保护器过于简单。用在外线防雷的只是一个保安器，其结构就只一个普通的放电管。放电管对雷电的反应迟缓是这种器件的弱点，往往是放电管损坏后，用户板也跟着损坏。因此，只通过一个放电管难以抵御强大雷电的冲击。
（6）根据历年雷雨季节中设备运行情况和当地变电站人员对雷电情况的反映和调查，雷电感应对电网调度自动化及通信系统造成的危害最大。
5咸宁电力电网调度自动化及通信系统防雷的应对措施。
（1）为避免机房雷电电磁感应，可利用建筑物的金属框架、混凝土中的钢筋等自然金属部件对机房进行电磁屏蔽，若对机房电磁屏蔽要求较高，可用金属网或金属板敷设在机房六面形成屏蔽层，并使屏蔽层和机房内等电位接地母线均匀多点相连。
（2）架空音频、电话、信号非屏蔽线路应穿镀锌钢管并水平埋地引入室内，镀锌钢管两端按照要求进行接地。
（3）音频电缆中的金属保护层在配线架上接地，或直接接在机房的保护接地排上，未使用的备用线全部在配线架处进行可靠接地。
（4）用户电话线在原有的一级防雷基础上再加装一级防雷单元（如下图所示）组成两级防雷保护。
（5）远程控制信号线加装信号线浪涌保护器。（启动电压为5V）。
（6）光缆线路进行钢绞线接地，标准为每2KM一个接地点；根据落雷规律，在易雷击地段按要求，埋设一定长度的排流线，并作好良好接地；对使用中间金属加强芯的光缆，在两站端进行金属加强芯的接地。
（7）通信设备是直流-48V供电。通信设备的电源采用二次电源模块供电，-48V直流供电与设备的工作电源是隔离的，能将从电源供电系统感应的雷击电流隔离。电源模块内部有过压和过流保护，能在瞬时截止，保护电源模块不受雷击的损坏。电源模块输出串接压敏电阻保护器，在电源电压输出升高时增大阻值，减少雷击电流对系统的影响。高频开关电源输出的负极通过压敏电阻接地。
（8）机房内的电力电缆及通信电缆一律采取屏蔽措施，信号线路与电源线路应严格分开敷设。
附图：咸宁电力通信分站设备防雷设施连接图
6小结
咸宁电网调度自动化通信系统常遭雷击的几个变电站通过上述防雷完善建议，对连接PCM板的架空线路一律采取穿管埋地引入机房，并在电话线路上加装一级浪涌保护器；将机房四周墙壁上的钢构梁、柱与机房等电位排进行可靠连接，对机房形成简单的电磁屏蔽；对机房布线进行清理，将信号线路与电源线路分开敷设（信号线路走机房空中线架，电源线路走静电地板下方线槽）。经过一年多的运行，变电站内调度自动化通信系统再未遭受雷击。
电力调度及通信系统的防雷是一个系统工程，它包括机房所在建筑物直击雷的防护、等电位连接、机房屏蔽措施、规范的综合布线、安装电涌保护器（浪涌保护器）、完善合理的接地系统六个部分组成，在一个完善的防雷系统工程中缺一不可。
参考文献：
[1] 建筑物防雷设计规范GB50057-2010
[2] 建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2012
[3] 董振亚，电力系统的过电压保护.中国电力出版社1997.108-150
论文作者:左复甦
论文发表刊物:《电力设备》2018年第27期
论文发表时间:2019/3/13
标签：雷电论文; 防雷论文; 通信系统论文; 设备论文; 机房论文; 线路论文; 电网论文; 《电力设备》2018年第27期论文;