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通信站综合防雷措施的应用

添加时间: 2013-6-5 00:45:17 来源:中国防雷信息网 作者:安徽威尔利 点击数:1953

 

   摘 要:本文分析了雷电及过电压侵入通信设备的途径。针对朝阳电力通信防雷防过压方面存在的缺欠,运用通信站一般防雷保护措施,提出通信设备综合防雷防过电压保护应用方案。   

  1.引言
  
  朝阳电网地处辽宁西部丘陵山区,每年平均雷暴日有33.8天,属中雷雨地区。由于通信网建设的同时没有很好地考虑通信设备防雷问题,尤其是大多数设备都安装在变电所主控室内,每年雷害及过电压造成通信设备损坏现象时有发生。通信设备防雷及过电压问题已迫在眉睫。近几年,我们对朝阳电力通信防雷情况进行了调查分析,结合通信网改造,对通信综合防雷设施进行了完善,并取得了显著效果。
   
  2.雷电或过电压侵入通信设备的途径

  从朝阳电力通信网近几年通信设备遭雷击损坏情况看,通信电源、微波通信设备收发信机、通信设备用户电路或接口电路损坏情况占绝大多数。统计结果表明,雷电或过电压侵入通信设备的途径不外乎有以下几种:
  2.1 雷电直击或在附近闪击输配电线路,雷电波沿电力线侵入机房电源设备,损坏电源开关、保险及整流变换模块、通信电源盘等。
  2.2 雷电直击微波天线铁塔,雷电波沿天馈线迅速侵入通信设备,直接损坏与馈线相连的收发信机单元部分,造成通信中断。
  2.3 雷电直击或闪击在通信架空光缆或电缆线路上,在线路上产生的瞬间过电压,沿光缆或电缆金属外皮或加强芯迅速向线路两端扩展进入机房,损坏与光缆直接相连的机盘,或损坏与通信电缆直接相连的保安配线架、用户电路板或接口电路板。
  2.4 雷电直击铁塔或变电所内避雷针,雷电流通过避雷针引下线流入接地网,造成地电位升高。当设备接地不良,接地电阻阻值较大时,会造成微电子设备损坏。
  2.5 当变电所发生线路或母线接地事故时,故障电流对地网放电,巨大的接地电流流入接地网,造成地电位短时间迅速升高,也会造成微电子设备损坏。
  2.6 在电力线路下添架的通信线路,当电力线路瓷瓶绝缘击穿时,造成电力线对通信线路放电,或电力线路搭接在通信线路上,致使强电沿光缆金属加强芯或音频通信电缆侵入机房,造成通信设备损坏或人员伤害。
   
  3.通信站防雷存在的缺欠

  为彻底摸清朝阳电力通信防雷情况,我们对照《电力系统通信站防雷运行管理规程》,逐站逐条进行了防雷检查。检查结果表明个别通信站还不同程度的存在着缺欠,共性的问题主要表现在以下几方面:
  3.1 个别在办公楼里面的通信机房,大多数都是由办公室改造而成的,接地网不规范,个别接地电阻大于5Ω,无环形接地母线。设备接地线线径细。
  3.2 交流电源有的装了过电压保护器,有的还没有,大多数通信站没有安装直流电源过电压保护器,通信设备电源入口也没加装压敏电阻。
  3.3 个别通信电缆线路由于受现场环境条件限制,直接架空进入机房,没有进行直埋。新型卡接式配线架接线不方便,未将电缆空线对接地。
  3.4 变电所内的数字配线及音频保安配线架都是后组装于光端机的机框内,保安配线单元的接地线未接到接地母线上。
  3.5 变电所RTU远动装置大多采用RS232接口与“一点多址”微波、光端机等通信设备相连,经常发生雷雨过后烧坏RS232接口板现象。RTU装置接地大多数是直接用螺丝固定在地沟的槽钢上(槽钢与地网焊接)接地不良。
   
  4.通信站综合防雷措施的应用

  针对上述通信站防雷存在的缺欠,近几年我们依据通信站防雷的一般原理和常用防护措施,采取综合性防雷,对通信站防雷设施进行了改造和完善。
  4.1 防雷总的原则是:
  4.1.1 采用外部保护将绝大部分雷电流直接接闪引入地下泄放。
  4.1.2 采用过电压保护器阻塞沿电源线或数据线、信号线引入的过电压波(内部保护)。
  4.1.3 采用过电压保护器限制被保护设备上的浪涌电压幅值。
  4.1.4 用光电隔离器隔离通信与RTU之间的RS232接口,避免接口设备电气连接。
  4.2 防雷一般方法和技巧:
  4.2.1 设置一套良好的建筑物避雷带、避雷网,并与主钢筋一起接地;
  4.2.2 外置设备(天线等)应尽量置于建筑物避雷网的保护角度范围内:
  4.2.3 采用共地的接地措施;
  4.2.4 在电源、信号或数据线各进出口安装性能可靠的专用防雷器;
  4.2.5 室内的设备应尽量远离避雷导电体;
  4.2.6 室内布线,包括各类传输线应尽量减小洄圈,最好能加有屏蔽线并两端接地。
  4.3 防雷接地系统改造。
  4.3.1 对调度通信楼接地网进行改造,发现原接地网因多年失修,有部分接地带已烂断。重新在通信楼四面分别埋设4个接地网,接地极用50mm×50mm×5mm镀锌角钢,每根长1500mm,垂直砸入1200mm深沟内,每根接地极相距500mm以上,并且用40mm×4mm镀锌扁钢焊接联成一个网状接地装置。4个接地网分别用一根扁钢连至通信楼各楼层机房的对称接地网。改造后接地电阻为0.5Ω,满足要求。
  4.3.2 对各办公楼里的通信机房接地进行改造,延长接地网,增加接地极数或铺设两个以上接地网。使接地电阻降到1Ω以下。
  4.3.3 通信机房内用40mm×4mm镀锌扁钢铺成环形接地母线,四个角与地网相连。机房内所有设备外壳、暖气、电缆走线架等金属构件全部用35mm2铜导线就近与接地网相连。
  4.3.4 变电所内通信设备与RTU远动装置外壳均用35mm2多股铜导线就近连接到变电所接地母线的同一点,以消除电位差。
  4.3.5 将“一点多址”微波馈线金属外皮的上端、中间及下端分别就近与铁塔相连,在机房入口处与接地母线相连。各微波塔接地电阻测试符合要求。
  4.3.6 对于调度通信楼,由于楼内有远动、调度、交换机、光纤、微波、电源等机房,各机房间联系较多,各种音频电缆、同轴电缆相互间连接复杂,一旦某个机房的电位升高,都会对其它机房设备造成威胁。因此,要把这些机房接地统一接到一个共用接地系统,实现各机房接地等电位连接。
  4.4 电源系统的防雷保护
  4.4.1 引入通信机房的电力线采用地下电力电缆,电缆金属护套两端均良好接地。
  4.4.2 配电变压器高压侧接高压氧化锌避雷器,低压侧接电源防雷器。变压器机壳、避雷器地统一接到地网上,并接地良好。
  4.4.3 通信机房内电源采用多级浪涌保护措施。交流母线上并接一级380V过电压保护器;高频开关电源交流入并接一级380V过电压保护器;-48V电源入口处接一级压敏电阻。通信设备电源正极在电源侧和设备侧分别接到接地母线上。
  4.4.4 在变电所内的通信设备电源,由于通信设备少,与其它变电所设备一起安装于主控室。直流电源取自变电所220V直流操作电源,经DC/DC模块变换成-48V电源供通信设备。因此,在变电所用电柜交流母线上安装一级380V/100G交流过电压保护装置,做为一级防雷;在高频开关电源入线处装一级交流防过电压保护器,在DC/DC模块48V输出侧装一级48V直流浪涌保护;最后,在通信设备48V入口装48V压敏电阻一只。
  4.4.5 机房内所有交、直流配电柜机壳均做接地保护,交流保护接地线从接地母线上直接引出,严禁采用中性线作为交流保护接地线。
  4.5 各种信号线的防雷保护
  根据各通信站实际情况,采用加装浪涌保护,光电隔离等措施,对进出通信机房及通信设备与其它设备接口的所有信号线进行保护。以防止雷击感应电压或过电压侵入损坏通信设备。
  4.5.1 对个别通信站通信电缆线路直接架空进入机房的进行改造,在线路终端杆将钢线接地,将通信电缆水平直埋l0m以上,进入机房。进入机房的通信电缆金属外皮均良好接地。
  4.5.2 普通架空光缆、管道光缆、自承式光缆,均采用非金属光缆。对于有金属加强芯或金属护套的光缆,进入机房前,在终端杆或终端电缆井改成非金属光缆过渡进入机房。
  4.5.3 所有音频电缆、电话线、信号线进入机房要首先接入音频保安器,来抑制电缆线对横向、纵向过电压。各配线架保安单元接地端均要良好接地,确保保安器发挥正常作用。
  4.5.4 认真落实进入机房电缆外皮及空线对接地保护措施。应及时做好电缆空线对在配线架上接地工作,以防止引入雷电感应电压在开路导线末端产生反击,损坏设备。有条件的配线架可采用短路接地塞,直接插在配线架空线对上,方便、灵活。平时检修线对变更后,应及时检查空对接地情况。
  4.5.5 对于远动等其它专业的信号进入通信设备前应采取隔离措施:经调制解调器输出的音频模拟信号,采用音频变压器进行电气隔离;用RS232接口的数据信号,采用光电隔离器进行隔离,消除地电位差可能通过该接口中的共用接地线串入,造成反击损坏接口电路现象。
  另外,从朝阳通信设备接口损坏情况看,RS232接口损坏情况比较多,RS422接口从未损坏过。可见,RS232接口芯片抗干扰能力不如RS422接口芯片。因此,我们将具备条件地方,均已改为RS422通道传,而不用RS232接口。建议以后新上设备也尽量不用RS232而改为64K、RS422、或2M接口。
  4.5.6 采用RJ45接口的网络信号,先经过网络浪涌保护器后再接入通信设备接口。对于电量采集、继电保护、综合自动化、MIS及负荷控制等专业采用2Mbit/s接口的信号,必须先经过2Mbit/s同轴信号浪涌保护器,再接入通信传输设备,以防浪涌电压侵入。有的地方MIS、负控等机房与通信机房不在一起,距离较远,可采用光纤收发器进行光电隔离,一来传输距离远,二来进行信号隔离,三是光纤传输抗干扰、防雷电效果更好。
  4.5.7 对于“一点多址”微波馈线进入机房后,在馈线入端加装同轴高频信号避雷保护器,保护器外壳要良好接地。保护器选用要考虑合适的带宽。


  5.结束语
  经过近几年对朝阳电力通信网防雷设施的改造,通信防雷系统得到进一步完善,通信设备抗雷击和防过电压水平有了明显提高。近两年,通信电源、通信设备遭雷击损坏事故明显减少,综合性防雷措施取得了显著效果。
 事实证明,只有全方位认真细致地考虑雷击及过电压因素,严格执行通信防雷有关规定,认真落实通信防雷技术措施,因地制宜地运用好接地—分流—均压—屏蔽—限幅—隔离等综合防雷技术,不断改进防雷工作,加强已有防雷设施的维护,才能更有效地防备雷电的侵害,使雷电损害降低到最小程度。

  参考文献:
  (1)中华人民共和国电力行业标准DL548-94,电力系统通信站防雷运行管理规程[s]。北京:水利电力出版社,1995
  (2)张鹭雄,雷害与防雷措施[J/OL],WWW.Xminfo.net.cn

 

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