0 引言

某供電公司調度交換系統自投運后一直穩定運行,從未因惡劣天氣造成大范圍設備損壞或調度中斷事故。2012年,該公司對調度大樓進行裝修改造后,公司地調監控室部分調度臺2次在雷暴雨天氣出現故障,與調度交換機通信異常,影響電網正常調度。2次故障共造成8臺調度臺損壞,維修費用約20萬。

 1 事故現場勘察及處理

1.1 現場設備損壞情況

通信專業人員第一時間趕赴現場查看,發現調度臺故障情況如下：

1）故障調度臺外觀未發現異常;

2）調度臺與調度交換機通信異常,現象1是部分故障調度臺左右2個手柄均聽不到撥號音,現象2是部分故障調度臺僅一側手柄聽不到撥號音。

3）搶修人員對故障調度臺進行重啟操作,但故障現象依然存在。

為保障電網調度工作的正常運行,及時恢復調度臺功能,搶修人員遵循“先搶通、后修理”的原則,采用對故障調度臺進行逐一更換的方法,通過對新換調度臺重新下發數據,恢復了調度臺原有功能。

1.2 現場環境

該供電公司電網調度控制中心設有配調和地調監控2個調度室,分別位于調度大樓的9層和10層（頂層）,運行有15臺調度臺,其中10層地調監控室11臺,9層配調室4臺。對比大樓裝修引起的環境變化發現：在大樓裝修之前,地調監控室的窗戶采用普通型雙層鋁合金窗,單扇窗體面積為1 000 mm×600 mm。而裝修改造后,單扇窗戶面積增加為1 500 mm×2 500 mm。

據當值調度員回憶,2次事故發生前,在調控室南窗戶前上方50 m左右有強響雷發生。雷電出現后,故障調度臺全部集中在大樓10樓地調監控室,而處于9樓的配調室內的4臺調度臺完好無損。在10樓地調監控室,故障調度臺絕大多數分布在靠南邊的窗戶附近,遠離窗戶的調度臺完好無損。

1.3 現場防雷措施檢查

該大樓建造時屋頂架設了避雷裝置,敷設了閉合均壓網并與接地網連接等一系列防直擊雷措施,多年來從未發生過雷擊事故。通信專業人員對于此次調度臺事故高度重視,事后專門組成隱患排查整改小組,對調度臺電源、接地和接線等環節的防雷情況進行了逐一排查。

發現：調度臺接地正常;地調監控室接地系統正常;室內其他電子設備正常;調度臺的供電電源具有完備的防雷措施;調度臺2B+D和錄音接口對外連接的電纜加裝的過壓保安器正常。

 2 事故原因分析

2.1 雷擊的危害

雷電是一種局部的強烈的自然災害性現象。雷電發生時,雷云中的能量在極短的時間內釋放出來,從而產生強大的雷擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波和強烈的電磁輻射等綜合物理效應,對建筑物、電子電氣設備等造成傷害^[1-6]。

雷電的危害分為直擊雷和感應雷^[7-10]。現代建筑一般具有完善的避雷系統,建筑外墻及避雷系統對室內電子設備做了第一道有效防護。所以,室內電子設備基本不會受到直擊雷的危害。其受雷電干擾的途徑有以下幾種（見圖1）。

1）雷電直擊連接建筑物的各種金屬管線或附近其他物體,在金屬管線上產生過電壓,并經過金屬管線引入室內電子設備^[11]。

2）雷電直擊建筑物的避雷系統,強大的雷電流沿建筑物的泄雷系統流向地面的過程中對室內電子設備產生過電壓干擾^[12];而且流入的雷電流還會引起建筑物接地裝置的地電位的升高,有可能造成對電子設備的反擊^[13]。

3）雷電電磁波通過輻射方式從建筑物的外部穿透建筑物的屏蔽體而在室內電子系統中產生過電壓干擾^[14-15]。

圖1 雷電對室內電子系統的干擾途徑Fig.1 The interference way of lightning on indoor electronic system

2.2 調度臺防雷性能分析

調度臺是電網調度系統的終端設備,為調度員提供操作界面,是調度員收發調度命令、完成電網調度的重要設備。調度臺的防雷工作具有一定的困難。

1）調度臺通常根據實際需要分布在不同的環境中。針對不同的環境需要制定相應的防雷措施,而環境的差異為調度臺的防雷工作帶來一定的困難。

2）調度臺與外部連線較多,包括2B+DU口線、錄音線、電源線等。雷電產生的高壓會沿著未經防護的線路進入調度臺,造成設備損壞。所以,調度臺各線路的接地、防雷工作尤未重要。

3）調度臺元件多采用集成電路（IC）,過電壓耐受能力差,對電磁干擾敏感,容易受到雷電的影響,損毀調度臺功能。

分析2次事故發生時的共同特點,調度室內除調度臺發生故障外,室內其他40余臺電子設備（如計算機終端、顯示器、調度大屏等）均無異常,地調監控室的防雷接地系統也均符合規范要求。所以,調度臺自身防雷性能較弱也是此次事故發生的原因之一。

2.3 樓體改造引起防雷環境的改變

此次事故僅造成10樓地調監控室部分調度臺故障。通過對地調監控室周邊環境進行勘察,發現故障調度臺與非故障調度臺的電源均來自同一UPS電源,且該UPS電源具有完備的防雷措施;故障調度臺與非故障調度臺的錄音系統、2B+D線均從公司通信機房經地下管線引入,未暴露于室外,且屏蔽層接地良好,并加裝保安模塊。所以,基本可以排除電源線、錄音線、2B+D線等連線引入雷電波造成此次故障。

在該大樓裝修改造之前的十幾年,調度臺在運行過程中從未發生過因雷電天氣引起的故障。通信專業人員仔細對比了地調監控室由大樓裝修引起的變化,發現地調監控室窗戶單體面積由原來的
1 000 mm×600 mm增大至1 500 mm×2 500 mm,鋁合金窗戶框架密集度大幅降低。分析此次雷擊事故是由雷電感應電磁場從窗戶輻射進室內引起。

鋁合金窗戶框架是良導體,對電磁波具有反射、吸收作用,雷電電磁波穿過鋁合金窗體時,其強度會被削弱。而窗戶玻璃是不良導體,對雷電電磁波的阻擋作用有限。多扇鋁合金窗戶框架形成金屬網格,金屬網格的尺寸越大,其對雷電的防護作用越弱,室內設備受雷擊影響的概率越大。

大樓裝修改造前,由于單扇鋁合金窗戶面積較小,框架較為密集,對雷電電磁波起到了一定的防護作用,削弱了雷電電磁波到達調度臺時的強度,而其強度未達到損壞調度臺的臨界值,因此在過去十幾年期間,未發生過由雷電而引起調度臺故障。大樓裝修改造后,窗戶面積增大,鋁合金窗戶框架密集度較裝修前大幅度降低（約6倍）,一定程度上降低了對雷電電磁波的阻擋作用,使雷電電磁波到達調度臺時的強度有所增加,其強度值達到了調度臺的抗電磁感應強度,導致調度臺元器件受損,調度臺故障。

 3 整改措施

3.1 增強調度室窗戶防護性能

良好的接地是防雷中至關重要的一環,接地電阻值越小過電壓值越低,保障地調監控室窗戶良好接地,可以有效減弱雷電感應對室內設備的影響。將處于10樓的地調監控室整層所有窗戶全部采用25 mm²編織銅帶均壓接地（見圖2）,形成避雷帶,泄流雷電感應電流,降低雷電感應強度。該措施有效削弱了雷電磁波到達調度臺的強度,大大降低了調度臺遭受雷擊的可能性,提高了通信對電網調度的保障能力。

圖2 窗體均壓帶安裝示意Fig.2 Installation diagram of the ring conductor of window

3.2 增強調度臺防雷性能

為增強調度臺的防雷性能,可以從以下幾方面做出改進：

1）做好公司各調度控制室調度臺防雷接地的排查整改工作,保障各調度臺良好接地,使得雷擊時雷電流迅速導入大地,有效抑制雷擊干擾;

2）為調度臺做好有效的浪涌保護,將原始雷電威脅值減小至調度臺的浪涌承受能力范圍內,保護調度臺內部電路;

3）在保證調度人員使用便捷的前提下,合理調整調度臺的位置,使其遠離窗口等雷電危險區,保證調度臺遠離感應雷危害。

3.3 提高防雷意識,做好事故預案

雷電的防護涉及范圍廣、影響范圍大,要有效解決該問題還得從思想上重視雷擊的危害,提升日常維護工作中的防雷意識。

1）機房建設、改造應充分考慮防雷性能,嚴格遵照相關規程。從接地與均壓、屏蔽、限幅、隔離等各方面全面考慮通信機房的防雷問題。

2）雷雨季節前加強對通信機房、通信設備的巡視,提早發現、及時整改問題,防患于未然。

3）加強部門間協同工作,在日常生產工作中充分考慮電子設備的安全,對雷電的危害進行提前預判,在遵循防雷基本技術規范、規定的基礎上,綜合各種因素,做到針對性處理和防范。

 4 結語

以上一系列防雷措施有效解決了該公司調度臺的防雷問題,在之后的雷雨天氣中調度臺運行穩定,沒有再發生調度臺雷擊故障事件,減少了不必要的經濟損失,保證了電網調度的有序進行和電網安全。

雷電感應不是一個嶄新的課題,但卻是一個很難徹底解決的問題。打雷的形式千差萬別,有高空雷、地滾雷、穿墻雷等等,而且各種雷的強度也不一樣,且由于電子產品所處地理位置、環境和外接電纜防護措施等不一樣,因此遭受雷電感應的結果也不一樣,必須具體事情具體分析、具體解決。總之設備防雷必須在遵循防雷基本技術規范、規定的基礎上,特殊情況特殊處理,綜合各種因素,做到針對性處理和防范,才能有效解決問題。