变电站增加微波塔后的防雷措施

变电站增加微波塔后的防雷措施

卢胜杰　卢胜敏

关键词：主控室； 微波塔； 电磁干扰； 反击； 防雷
中图分类号：TM 732

LIGHTNING PROTECTION IN THE MAIN CONTROLLING ROOMS AFTER
THE MICROWAVE TOWERS ARE INCREASED IN THE SUBSTATIONS

Lu Shengjie, Lu Shengmin
(Dezhou Power Supply Bureau, Dezhou 253008, China)

Keywords：main controlling room; microwave tower; electromagnetic interference; striking back; lightning protection▲

0　引言

　　进入90年代，变电站无人值班改造相继进行，大量控制和保护设备改为微机型。为加强通信的可靠性，一点多址小微波进入主控室，大大小小的微波塔与主控室或并行而立，或干脆设在主控室屋顶。这些改造往往由不同专业部门分别完成，缺乏统筹考虑，这就给防雷工作带来了一系列问题。

1　老式变电站改造后带来的防雷问题

　　80年代前的110 kV及以下变电站的主控室多数为单层平房、砖混结构，屋顶没有做均压带，钢筋也没与接地网焊接。由于高度较低，其防雷一般由站区避雷针兼顾，也有的未予考虑。少数主控室属于楼房结构，由于当时控制和保护设备多为电磁型，也仅按一般建筑防雷要求进行简单处理。
　　无人值班改造后，因小微波设备小巧简单，一般放在主控室侧壁上，同时考虑信号衰减因素，微波塔多与主控室的距离很近，一般小于5 m，甚至干脆立于主控室屋顶上。这两种布置对主控室的危害有：
　　a.雷击时，通过微波塔瞬间的雷电流会在周围空间形成剧变的电磁场，对主控室设备将产生电磁干扰。
　　b.产生的反击雷电波流过接地引下线或建筑物的金属导体时，均存在设备外壳电位升高及向电源或其他低电位引线的反击问题。
　　c.雷击微波塔时，塔体上会产生很高的电位，从而对近距离物体反击。
　　《电力系统微波通信工程设计技术规程》DL5025—93及《电力设备过电压保护设计技术规程》SDJ7—79对防雷问题均有相应规定，但由于微波塔的介入，给原本受避雷针保护或虽不受避雷针保护但防雷环境较好的主控室带来了防雷问题，增加了引雷机会，使主控室不能满足技术规程要求。

2　雷电对计算机等弱电设备的干扰和破坏

　　对于低压电子设备而言，雷电是主要的干扰源之一。雷击建筑物上的防雷装置时，一方面将导致建筑物内地电位的升高；另一方面雷电流对二次电缆和设备产生强电磁干扰，导致设备损坏或数据传输的混乱。雷击时室内工作人员的人身安全也将受到严重威胁。
　　雷击建筑物上防雷装置时产生的干扰，主要来自：①雷电放电主通道产生的电磁干扰；②雷击建筑物时在建筑物雷电保护系统（如避雷带等）或建筑物本身钢筋结构上流过的雷电流对室内的干扰。前者干扰体现于电磁场，后者除电磁感应外，还易引起地电位分布不均，造成电位差。
　　变电站中，在发生操作或接点故障时，所产生的入地电流和电弧会引起电磁辐射。雷击时，雷电流同工频接地短路电流相比，其幅值高，上升快，因而辐射更强烈。资料表明，雷电波所产生的电磁波脉冲（EMP）强度极高，电场强度可达10⁵V／m，磁场强度可达260A／m，对附近设备，特别是计算机等弱电设备，可引起电路性能恶化和部分元件烧毁。
　　在老式变电站中，往往采用共地接地方式，即计算机和变电站接地共同使用一个地网的接地方式。优点是有同一个基准电位，在发生故障时，整个地网的电位同时抬高，不会在计算机上造成较大的电位差，有利于人身和设备的安全。但是，共地式也存在正常或事故情况下强电对弱电的干扰问题，计算机等弱电设备内部电路（TTL，CMOS）的阈值电压一般不大于5 V，这意味着只要大于5 V的电磁干扰脉冲电压进入计算机，就有可能导致计算机的数据或指令错误。
　　根据IEC标准，室内低压装置的耐冲击电压最高仅为6 kV。当微波塔遭直接雷击时，假设流经靠近低压电气装置处接地装置的雷电流为20 kA，以及接地装置的冲击接地电阻甚至低至0.5 Ω，这时，在接地装置上电位升高为10 kV。由于共同接地，低压电气装置接地的金属外壳的电位比带电体（相导体）也约高10 kV。在这种情况下，在低压电气装置绝缘较弱处将可能被击穿而造成短路，损坏设备。

3　改善防雷保护的措施

　　a.对微波塔不高的站，通过调整独立避雷针的位置或增加独立避雷针，使微波塔处于独立避雷针的保护范围之内。例如：德州110 kV东郊变电站，1994年9月改造为无人值班变电站，控制保护全部更换为微机型，同年10月通信部门在主控室西侧立了一基微波塔，塔高24 m，塔边距主控室外墙不足2 m，原建筑物没有屏蔽、均压、接地措施，微波塔接地也因周围环境无法按SDJ7—79第70条引出。通信部门就近与主控室接地网两点相连。我们发现该问题后，及时与有关部门协商，在距微波塔约10 m处又立了一根35 m的独立避雷针，拆除了微波塔作为接闪器的4 m针尖，同时为了防止绕击，对主控室采取了屏蔽、均压、接地等措施。
　　b.对于由于条件所限必须立于多层建筑物顶上的微波塔，应将微波塔接地引下线尽量远离主控室，同时对主控室加强防雷措施，即：接地、均压、屏蔽、泄雷、隔离等，按有关标准和规程施工、验收，并定期检查，专人负责。
　　c.对于有争议的消雷器，没有尝试。如果导体消雷器真的能消雷，而不只是作为避雷针使用，那将是解决本文问题的一个好办法，对此我们将继续考察，搜集有关工程实例。目前对半导体少长针消雷器的看法分歧较大，有待观察。
　　自1993年开展无人值班变电站改造以来，我局以一点多址小微波为主要通信手段。由于采取了较好的防雷措施，没有发生雷击引起的控制或保护装置的误动和损坏事故，设备运行良好。

4　结论

　　a.变电站改造后，主控室附近或屋顶增加了微波塔，使主控室的防雷环境恶化，不能满足现行SDJ7—79要求。不要因为变电站落雷机会小或目前没有遭受雷击存在侥幸心理，必须认真地逐条逐项地执行有关规定，采取防雷措施，消除隐患。在条件允许的情况下，优先发展光纤通信，取代小微波。
　　b.微电子设备在系统中的运用越来越广泛，其抗干扰能力有限，建议有关规程重视这方面的变化，例如：将SDJ7—79第67条"为保护其他设备而装设的避雷针，不宜装在独立的主控室和35 kV及以下的高压屋内配电装置室的顶上"中的"不宜"改为"不应"，增加其严格程度。

作者简介：卢胜杰，男，工程师，从事变电设计工作。
　　　　　卢胜敏，女，工程师，从事调度自动化工作。
作者单位：卢胜杰　卢胜敏　山东德州电业局， 德州 253008

收稿日期： 1999-08-20