盧勝杰 盧勝敏
關(guān)鍵詞：主控室； 微波塔； 電磁干擾； 反擊； 防雷
中圖分類號(hào)：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
進(jìn)入90年代，變電站無(wú)人值班改造相繼進(jìn)行，大量控制和保護(hù)設(shè)備改為微機(jī)型。為加強(qiáng)通信的可靠性，一點(diǎn)多址小微波進(jìn)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(shè)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(tǒng)籌考慮，這就給防雷工作帶來(lái)了一系列問題。
1 老式變電站改造后帶來(lái)的防雷問題
80年代前的110 kV及以下變電站的主控室多數(shù)為單層平房、磚混結(jié)構(gòu)，屋頂沒有做均壓帶，鋼筋也沒與接地網(wǎng)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(shù)主控室屬于樓房結(jié)構(gòu)，由于當(dāng)時(shí)控制和保護(hù)設(shè)備多為電磁型，也僅按一般建筑防雷要求進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。
無(wú)人值班改造后，因小微波設(shè)備小巧簡(jiǎn)單，一般放在主控室側(cè)壁上，同時(shí)考慮信號(hào)衰減因素，微波塔多與主控室的距離很近，一般小于5 m，甚至干脆立于主控室屋頂上。這兩種布置對(duì)主控室的危害有：
a.雷擊時(shí)，通過微波塔瞬間的雷電流會(huì)在周圍空間形成劇變的電磁場(chǎng)，對(duì)主控室設(shè)備將產(chǎn)生電磁干擾。
b.產(chǎn)生的反擊雷電波流過接地引下線或建筑物的金屬導(dǎo)體時(shí)，均存在設(shè)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(shí)，塔體上會(huì)產(chǎn)生很高的電位，從而對(duì)近距離物體反擊。
《電力系統(tǒng)微波通信工程設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》DL5025—93及《電力設(shè)備過電壓保護(hù)設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程》SDJ7—79對(duì)防雷問題均有相應(yīng)規(guī)定，但由于微波塔的介入，給原本受避雷針保護(hù)或雖不受避雷針保護(hù)但防雷環(huán)境較好的主控室?guī)?lái)了防雷問題，增加了引雷機(jī)會(huì)，使主控室不能滿足技術(shù)規(guī)程要求。
2 雷電對(duì)計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備的干擾和破壞
對(duì)于低壓電子設(shè)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(shí)，一方面將導(dǎo)致建筑物內(nèi)地電位的升高；另一方面雷電流對(duì)二次電纜和設(shè)備產(chǎn)生強(qiáng)電磁干擾，導(dǎo)致設(shè)備損壞或數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕靵y。雷擊時(shí)室內(nèi)工作人員的人身安全也將受到嚴(yán)重威脅。
雷擊建筑物上防雷裝置時(shí)產(chǎn)生的干擾，主要來(lái)自：①雷電放電主通道產(chǎn)生的電磁干擾；②雷擊建筑物時(shí)在建筑物雷電保護(hù)系統(tǒng)（如避雷帶等）或建筑物本身鋼筋結(jié)構(gòu)上流過的雷電流對(duì)室內(nèi)的干擾。前者干擾體現(xiàn)于電磁場(chǎng)，后者除電磁感應(yīng)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(diǎn)故障時(shí)，所產(chǎn)生的入地電流和電弧會(huì)引起電磁輻射。雷擊時(shí)，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(qiáng)烈。資料表明，雷電波所產(chǎn)生的電磁波脈沖（EMP）強(qiáng)度極高，電場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)105V／m，磁場(chǎng)強(qiáng)度可達(dá)260A／m，對(duì)附近設(shè)備，特別是計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)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(jì)算機(jī)和變電站接地共同使用一個(gè)地網(wǎng)的接地方式。優(yōu)點(diǎn)是有同一個(gè)基準(zhǔn)電位，在發(fā)生故障時(shí)，整個(gè)地網(wǎng)的電位同時(shí)抬高，不會(huì)在計(jì)算機(jī)上造成較大的電位差，有利于人身和設(shè)備的安全。但是，共地式也存在正常或事故情況下強(qiáng)電對(duì)弱電的干擾問題，計(jì)算機(jī)等弱電設(shè)備內(nèi)部電路（TTL，CMOS）的閾值電壓一般不大于5 V，這意味著只要大于5 V的電磁干擾脈沖電壓進(jìn)入計(jì)算機(jī)，就有可能導(dǎo)致計(jì)算機(jī)的數(shù)據(jù)或指令錯(cuò)誤。
根據(jù)IEC標(biāo)準(zhǔn)，室內(nèi)低壓裝置的耐沖擊電壓最高僅為6 kV。當(dāng)微波塔遭直接雷擊時(shí)，假設(shè)流經(jīng)靠近低壓電氣裝置處接地裝置的雷電流為20 kA，以及接地裝置的沖擊接地電阻甚至低至0.5 Ω，這時(shí)，在接地裝置上電位升高為10 kV。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(dǎo)體）也約高10 kV。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(shè)備。
3 改善防雷保護(hù)的措施
a.對(duì)微波塔不高的站，通過調(diào)整獨(dú)立避雷針的位置或增加獨(dú)立避雷針，使微波塔處于獨(dú)立避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。例如：德州110 kV東郊變電站，1994年9月改造為無(wú)人值班變電站，控制保護(hù)全部更換為微機(jī)型，同年10月通信部門在主控室西側(cè)立了一基微波塔，塔高24 m，塔邊距主控室外墻不足2 m，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(wú)法按SDJ7—79第70條引出。通信部門就近與主控室接地網(wǎng)兩點(diǎn)相連。我們發(fā)現(xiàn)該問題后，及時(shí)與有關(guān)部門協(xié)商，在距微波塔約10 m處又立了一根35 m的獨(dú)立避雷針，拆除了微波塔作為接閃器的4 m針尖，同時(shí)為了防止繞擊，對(duì)主控室采取了屏蔽、均壓、接地等措施。
b.對(duì)于由于條件所限必須立于多層建筑物頂上的微波塔，應(yīng)將微波塔接地引下線盡量遠(yuǎn)離主控室，同時(shí)對(duì)主控室加強(qiáng)防雷措施，即：接地、均壓、屏蔽、泄雷、隔離等，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程施工、驗(yàn)收，并定期檢查，專人負(fù)責(zé)。
c.對(duì)于有爭(zhēng)議的消雷器，沒有嘗試。如果導(dǎo)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(gè)好辦法，對(duì)此我們將繼續(xù)考察，搜集有關(guān)工程實(shí)例。目前對(duì)半導(dǎo)體少長(zhǎng)針消雷器的看法分歧較大，有待觀察。
自1993年開展無(wú)人值班變電站改造以來(lái)，我局以一點(diǎn)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(hù)裝置的誤動(dòng)和損壞事故，設(shè)備運(yùn)行良好。
4 結(jié)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(xiàn)行SDJ7—79要求。不要因?yàn)樽冸娬韭淅讬C(jī)會(huì)小或目前沒有遭受雷擊存在僥幸心理，必須認(rèn)真地逐條逐項(xiàng)地執(zhí)行有關(guān)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(shè)備在系統(tǒng)中的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，其抗干擾能力有限，建議有關(guān)規(guī)程重視這方面的變化，例如：將SDJ7—79第67條“為保護(hù)其他設(shè)備而裝設(shè)的避雷針，不宜裝在獨(dú)立的主控室和35 kV及以下的高壓屋內(nèi)配電裝置室的頂上”中的“不宜”改為“不應(yīng)”，增加其嚴(yán)格程度。
作者簡(jiǎn)介：盧勝杰，男，工程師，從事變電設(shè)計(jì)工作。
盧勝敏，女，工程師，從事調(diào)度自動(dòng)化工作。
作者單位：盧勝杰 盧勝敏 山東德州電業(yè)局， 德州 253008
