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技術文章

變電站增加氧化鋅避雷器測試儀微波塔后的防雷措施

引言

　　進入90年代，變電站無人值班改造相繼進行，大量控制和保護設備改為微機型。為加強通信的可靠性，一點多址小微波進入主控室，大大小小的微波塔與主控室或并行而立，或干脆設在主控室屋頂。這些改造往往由不同專業(yè)部門分別完成，缺乏統籌考慮，這就給防雷工作帶來了一系列問題。

老式變電站改造后帶來的防雷問題

　　80年代前的110kV及以下變電站的主控室多數為單層平房、磚混結構，屋頂沒有做均壓帶，鋼筋也沒與接地網焊接。由于高度較低，其防雷一般由站區(qū)避雷針兼顧，也有的未予考慮。少數主控室屬于樓房結構，由于當時控制和保護設備多為電磁型，也僅按一般建筑防雷要求進行簡單處理。
　　無人值班改造后，因小微波設備小巧簡單，一般放在主控室側壁上，同時考慮信號衰減因素，微波塔多與主控室的距離很近，一般小于5m，甚至干脆立于主控室屋頂上。這兩種布置對主控室的危害有：
　　a.雷擊時，通過微波塔瞬間的雷電流會在周圍空間形成劇變的電磁場，對主控室設備將產生電磁干擾。
　　b.產生的反擊雷電波流過接地引下線或建筑物的金屬導體時，均存在設備外殼電位升高及向電源或其他低電位引線的反擊問題。
　　c.雷擊微波塔時，塔體上會產生很高的電位，從而對近距離物體反擊。
　　《電力系統微波通信工程設計技術規(guī)程》DL5025—93及《電力設備過電壓保護設計技術規(guī)程》SDJ7—79對防雷問題均有相應規(guī)定，但由于微波塔的介入，給原本受避雷針保護或雖不受避雷針保護但防雷環(huán)境較好的主控室?guī)砹朔览讍栴}，增加了引雷機會，使主控室不能滿足技術規(guī)程要求。

雷電對計算機等弱電設備的干擾和破壞

　　對于低壓電子設備而言，雷電是主要的干擾源之一。雷擊建筑物上的防雷裝置時，一方面將導致建筑物內地電位的升高；另一方面雷電流對二次電纜和設備產生強電磁干擾，導致設備損壞或數據傳輸的混亂。雷擊時室內工作人員的人身**也將受到嚴重威脅。
　　雷擊建筑物上防雷裝置時產生的干擾，主要來自：①雷電放電主通道產生的電磁干擾；②雷擊建筑物時在建筑物雷電保護系統（如避雷帶等）或建筑物本身鋼筋結構上流過的雷電流對室內的干擾。前者干擾體現于電磁場，后者除電磁感應外，還易引起地電位分布不均，造成電位差。
　　變電站中，在發(fā)生操作或接點故障時，所產生的入地電流和電弧會引起電磁輻射。雷擊時，雷電流同工頻接地短路電流相比，其幅值高，上升快，因而輻射更強烈。資料表明，雷電波所產生的電磁波脈沖（EMP）強度極高，電場強度可達105V／m，磁場強度可達260A／m，對附近設備，特別是計算機等弱電設備，可引起電路性能惡化和部分元件燒毀。
　　在老式變電站中，往往采用共地接地方式，即計算機和變電站接地共同使用一個地網的接地方式。優(yōu)點是有同一個基準電位，在發(fā)生故障時，整個地網的電位同時抬高，不會在計算機上造成較大的電位差，有利于人身和設備的**。但是，共地式也存在正常或事故情況下強電對弱電的干擾問題，計算機等弱電設備內部電路（TTL，CMOS）的閾值電壓一般不大于5V，這意味著只要大于5 V的電磁干擾脈沖電壓進入計算機，就有可能導致計算機的數據或指令錯誤。
　　根據IEC標準，室內低壓裝置的耐沖擊電壓*高僅為6 kV。當微波塔遭直接雷擊時，假設流經靠近低壓電氣裝置處接地裝置的雷電流為20kA，以及接地裝置的沖擊接地電阻甚至低至0.5 Ω，這時，在接地裝置上電位升高為10kV。由于共同接地，低壓電氣裝置接地的金屬外殼的電位比帶電體（相導體）也約高10kV。在這種情況下，在低壓電氣裝置絕緣較弱處將可能被擊穿而造成短路，損壞設備。

改善防雷保護的措施

　　a.對氧化鋅避雷器測試儀微波塔不高的站，通過調整獨立避雷針的位置或增加獨立避雷針，使微波塔處于獨立避雷針的保護范圍之內。例如：德州110kV東郊變電站，1994年9月改造為無人值班變電站，控制保護全部更換為微機型，同年10月通信部門在主控室西側立了一基微波塔，塔高24m，塔邊距主控室外墻不足2m，原建筑物沒有屏蔽、均壓、接地措施，微波塔接地也因周圍環(huán)境無法按SDJ7—79第70條引出。通信部門就近與主控室接地網兩點相連。我們發(fā)現該問題后，及時與有關部門協商，在距微波塔約10m處又立了一根35 m的獨立避雷針，拆除了微波塔作為接閃器的4m針尖，同時為了防止繞擊，對主控室采取了屏蔽、均壓、接地等措施。
　　b.對于由于條件所限必須立于多層建筑物頂上的微波塔，應將微波塔接地引下線盡量遠離主控室，同時對主控室加強防雷措施，即：接地、均壓、屏蔽、泄雷、隔離等，按有關標準和規(guī)程施工、驗收，并定期檢查，專人負責。
　　c.對于有爭議的消雷器，沒有嘗試。如果導體消雷器真的能消雷，而不只是作為避雷針使用，那將是解決本文問題的一個好辦法，對此我們將繼續(xù)考察，搜集有關工程實例。目前對半導體少長針消雷器的看法分歧較大，有待觀察。
　　自1993年開展無人值班變電站改造以來，我局以一點多址小微波為主要通信手段。由于采取了較好的防雷措施，沒有發(fā)生雷擊引起的控制或保護裝置的誤動和損壞事故，設備運行良好。

結論

　　a.變電站改造后，主控室附近或屋頂增加了微波塔，使主控室的防雷環(huán)境惡化，不能滿足現行SDJ7—79要求。不要因為變電站落雷機會小或目前沒有遭受雷擊存在僥幸心理，必須認真地逐條逐項地執(zhí)行有關規(guī)定，采取防雷措施，消除隱患。在條件允許的情況下，優(yōu)先發(fā)展光纖通信，取代小微波。
　　b.微電子設備在系統中的運用越來越廣泛，其抗干擾能力有限，建議有關規(guī)程重視這方面的變化，例如：將SDJ7—79第67條“為保護其他設備而裝設的避雷針，不宜裝在獨立的主控室和35kV及以下的高壓屋內配電裝置室的頂上”中的“不宜”改為“不應”，增加其嚴格程度。

作者簡介：盧勝杰，男，工程師，從事變電設計工作。
　　　　　盧勝敏，女，工程師，從事調度自動化工作。
作者單位：盧勝杰　盧勝敏　山東德州電業(yè)局， 德州 253008
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