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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程》DL5025—93及《電力設備過電壓保護設計技術規程》SDJ7—79對防雷問題均有相應規定，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境較好的主控室帶來了防雷問題，增加了引雷機會，使主控室不能滿足技術規程要求。

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。優點是有同一個基準電位，在發生故障時，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行有關規定，采取防雷措施，消除隱患。在條件允許的情況下，優先發展光纖通信，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　山東德州電業局， 德州 253008