浅谈电力系统通信的防雷技术

文／福建省电力有限公司信通分公司 钟颖仪 陈祖彬 蔡晓明／

0 前言

本文主要以福建省500kV大园变电站通信设备一段时间经常遭受雷击为例，针对变电站通信系统防雷中一些易被忽略又相对重要的细节展开讨论，希望对相关从业人员和在校学生有一定的帮助。

1 500kV大园变电站通信设备简介

500 kV大园变位于福建省泉州市郊，地处东南沿海，亚热带气候常年台风，且地形地貌多山的特点决定了该变电站所处地区雷雨天气较多，同时该变电站建在半山上，地势较高，因此雷击的概率比一般的变电站要高。

2011年8月23日，500kV大园变遭到雷击：该站一路市话、一路中调放号以及一路远动信号中断。运行人员说，在这些信号中断之前，该站食堂附近有落雷。经检查：一路市话的保安器损坏，烽火PCM三、四槽两块二线板及五、六槽两块四线板均有告警信号，第三槽二线板有元件烧毁现象。处理过程如下：更换市话防雷保安器，市话恢复正常；将两块四线板重新插拔后，四线板告警信号消失，远动信号恢复正常；将第三槽二线板更换后，中调放号恢复正常。经过分析判断，设备损坏原因是由于雷电产生的感应电流通过市话线路进入音频配线架。音频配线架是雷击故障的多发地带，当配线架某线路被击穿，将直接导致所接设备损坏。

该例暴露出音频配线架、保安器、烽火PCM防雷效果不佳，市话线路在进入音频配线架之前未做防雷措施。而检查发现的市话线路进入机房前未穿金属管直埋10米以上则是雷电产生的感应电流通过它进入音频配线架的主因。

采取的对策如下：

1）在两路市话进入音频配线架前加装RJ11电话信号防雷器；

2）市话线进入机房前穿管地埋；

3）检查保安器和音频配线架接地情况，测量接地电阻；

4）烽火PCM二、四线板配线处加装防雷保安器。

音频配线架一般采用防雷保安单元、气体放电管、压敏电阻、固体放电管等防雷方法。在正常工作情况下，防雷保安单元并联时不得短路，串联时不得开路，对地有连接的除了放电状态，其他时间不得构成导通状态，否则必须辅以接地检测报警装置。不同型号的保安单元接地端设置不一样，一定要使接地端接地才能起到防雷效果，如有的保安单元和现有的配线架不搭，应自行焊接接地端引线与地线连接。在实际应用中，应根据不同的使用环境，选取合适的防雷保安器，才能在满足设备残压要求和线路浪涌电压防护的同时，提高防雷保安单元的在线使用安全。错误的使用防雷保安单元不仅不能给系统带来安全防护，甚至由于它的加入而使整个系统都存在安全隐患。

相比单一的防雷方法，笔者推荐采用放电管电阻和抑制二极管组合的避雷装置，经实践因雷击引起的通信故障率明显下降，用户接口或电话机被雷击坏的数量明显减少，防雷效果良好。其原理图如下：

如图，电话线L1与L2之间为纵向过电压，而L1或L2与地之间为横向过电压，通信音频电缆过电压放电电压为230±(30～40）V。选参数相同的抑制二极管V1、V2、V3，放电电压为115V，纵向放电电压U(B,F)=U(A)+U(B)=115+115=230V，横向放电电压U(B,C)=U(F,C)=U(A)+U(C)=U(B)+U(C)=115+115=230V，对纵向和横向过电压都起到保护作用。同时，线路侧放电管GT1、GT2和设备侧二极管起互补作用，可大大提高抑制过电压效果和放电保护可靠性。采用18Ω/5W的电阻可抑制强大的放电电流，达到传统熔丝保护效果，减少雷击时因熔丝引起的通信中断，非常适合无人值守的通信机房。

2 防雷技术分析

市话作为变电站对外通信的一个重要手段一般不能取消，它是从站外电信部门的音频线引入，由于架空线路极易感应由雷击等引起的各种电磁场，所以是防雷的一个死区。笔者曾遇到一变电站，一到打雷，主控室在桌面上的市话电话线的水晶头就会打火，伴随着细微的放电声。因此，进入机房前应穿金属管地埋或走电缆沟，进入音频配线架前应加装RJ11电话信号防雷器，电话机的防雷电路应选择具有响应速度快、残压小、通流量大、抗雷击能力强的压敏电阻。压敏电阻和热敏电阻应并联以提高泄流能力，打雷时尽量少用或不用。

2012年入夏以来，500kV大园变电站屡遭雷击，7月22日通信人员接到变电站运行人员电话通知：该站CORAL调度交换机所有模拟用户不能使用，仅数字调度台用户可正常使用。而在这之前几分钟，大园变站内有打雷现象。检查发现：调度台可以拔出中继，但拔站内所有分机皆出忙音。打开CORAL交换机机框，发现主框和从框的电源板告警、主框第5槽24SLS模拟分机接口板告警，板内有元件烧毁现象、从框PB24和4GC板告警。

处理经过：1、更换主框第5槽24SLS模拟分机接口板后，拔打分机可听到拨号音，但分机不振铃，用万用表测试用户线直流电压为0V；2、重启交换机：关闭主/从框的电源板开关，无法关闭，在中恒直流配电屏关闭主/从框输入电源，可以关闭；3、合上主框电源开关，2分钟后所有用户可正常通话；4、合上从框电源开关，PB24和4GC板告警仍旧存在；5、检查VDF和交换机的机架接地情况，没有发现异常；6、检查户外电话机和VDF保安器，没有发现异常。通过上述现象分析判断，这是一起雷电感应电流通过超五类线进入CORAL模拟用户接口板04端口，进而损坏交换机其它电路。

我们知道，雷电流进入通信设备的途径有两种：一是雷击冲击波通过户外传输信息的线路（音频线、超五类线、电话线）侵入通信设备。闪电的脉冲放电电流对进入通信机房的户外线缆都会产生强大的感应过电压和过电流。另一种是雷击大地或接地体，引起地电位的上升，对通信设备产生反击，损害通信设备对地绝缘。根据大园变历次雷击事件综合分析，本次雷电的进入方式是前一种。

本次CORAL模拟用户接口板04端口对应的用户是附属楼活动室的1515分机。我们检查了1515分机进入机房的通信线缆，发现是没有金属外皮的超五类线，因没有屏蔽层而无法阻挡空间的电磁波感应。

暴露问题如下：音频配线架、保安器防雷效果不佳；电话线路在进入音频配线架之前未做防雷措施，所用线缆是没有防雷措施的超五类线（没有金属外皮，没有套金属管）；大园变附属楼没有防雷设施。

处理措施是增加二级保护，在各分机的用户侧和设备侧都插上保安器；更换超五类线为有金属外套的屏蔽线缆，两端金属外套分别与地网连接；对与主控楼通信的附属楼接地网进行改造，使之接地电阻与主控楼接地电阻差在规定范围；在线路进入音频配线架时加装ZH型中和变压器。处理完至今，该变电站通信设备在此后多次雷雨天气时不再因雷击而损坏。读者可能会有疑问，直接铺一条光缆不是更简单？是的，但接地网有问题还是得改，且因为几部电话或几台电脑的通信需求铺设光缆不符合节约成本的技改方案。

通常变电站的避雷针的保护范围只包括现场设备，主控楼和一些附属建筑有相应的防雷措施，而建筑物之间的通信线缆则没有纳入避雷针的保护范围，处于防雷的死区。据研究，避雷针周围不在其保护范围平均雷击率比保护范围内高2.5-4倍。对于这段距离的通信应注意几点：一是不能用没有防雷措施的音频线、超五类线、电话线等（没有金属外皮，没有套金套管）。雷击冲击波易于通过这些户外传输信息的线路侵入通信设备。闪电的脉冲放电电流对进入通信机房的户外线缆都会产生强大的感应过电压和过电流。当然，用金属套管的屏蔽电缆如建筑物之间的距离几十米长雷电时可能因地电位差产生强电流。所以有条件变电站所有的建筑物地线网应统一布局且定时检查，防止接地网遭腐蚀接地电阻差别大产生电位差。二是所经线路地面的地势不宜过低，以免积水，植被生长渗透影响线缆通信。电缆沟应保持干燥，以免雷击引起地电位的上升，通过线缆对通信设备产生反击，损害通信设备对地绝缘。

对于模拟信号通信线、各种通信交换机用户门子、中继及磁式门子接口处、微机保护接口处采用ZH型中和变压器等专门的隔离变压器时应注意，变压器如无接地端引线应手动焊上，尽量不用螺丝固定产生接触电阻，焊点应稍微大些且均匀不易脱落，加装时除了把信号线接好，接地引线应良好接地。它可以承受10 kV 甚至更高的因雷击或地电位反击产生的过电压而不击穿，将模拟信号通信线路设备侧和线路侧(对设备电源线和低压线路) 从电路上隔离开来, 之间通过电磁耦合的方式联系而无直接电流回路。

3 结束语

随着信息化建设日趋国际化，作为后勤保障的防雷接地措施在通信系统的作用越来越重大，我们应不断提高防雷安全意识和技术，最大限度地防御和减轻雷电灾害对电力通信系统造成的危害。以上零零碎碎，些许心得，来自笔者工作中，拿出与大家共勉，水平有限，望广大读者不吝赐教。

[1]江日洪,张兵,罗晓宇,合编.发、变电站防雷保护及应用实例[M].北京:中国电力出版社,2007.

[2]曹晓军.电力系统通信站防雷运行管理规程[M].北京:水利电力出版社,1997.