油田通信站綜合防雷系統(tǒng)的研究與應用

趙永進（中國石油化工集團公司 江蘇石油勘探局水電訊處 揚州225000）

一、雷電的危害與引入分析

近些年來由雷電引發(fā)的災害頻繁發(fā)生，并呈上升的趨勢，雷害已經(jīng)成為“電子化時代的一大公害”。雖然自然界中雷電現(xiàn)象發(fā)生的絕對值并沒有增加，但由于微電子設備的大量普及和應用，且集成的程度日益增高，內(nèi)部的線間距離越小，元器件的耐壓程度越低，更經(jīng)受不起雷電強烈沖擊的破壞。

雷害侵入電子系統(tǒng)主要有如下途徑：

1.1 雷害由戶外電力線路侵入。電源側(cè)高、低壓線路遭受雷擊或雷電感應，致使電源過電壓，造成設備損壞。

1.2 雷害由戶外通訊信號線路侵入。戶外通信電纜、鋼絞線、微波天線、擴頻天線等遭受雷擊，致使雷電被引入機房設備，造成設備損壞。

1.3 雷害由非屏蔽的UTP線纜侵入?，F(xiàn)代機房的綜合布線系統(tǒng)多采用非屏蔽的UTP線纜，一旦大樓結(jié)構(gòu)內(nèi)某些鋼筋泄放雷擊電流都將會引起感應高壓，擊毀設備。

1.4 雷電反擊的破壞。如果機房內(nèi)接地不規(guī)范，使各設備參考地電位不一致，在設備間及設備內(nèi)部產(chǎn)生電位差，擊穿器件或擊毀設備。

1.5 操作過電壓引起的危害，這大多發(fā)生在設備的開關(guān)、輸電線路的短路、周圍大容量發(fā)電機運行時產(chǎn)生的工業(yè)干擾或操作過電壓在電源線上會產(chǎn)生浪涌過電壓及浪涌電流，它們同樣會產(chǎn)生很大的破壞性后果。

二、油田通信站金湖電話站雷擊事故分析

金湖電話站位于江蘇省海安市，地勢平坦開闊、河網(wǎng)密布，年平均雷暴日37.8，屬于中雷區(qū)。在2009、2010年交換機的交換矩陣板連續(xù)兩年被打壞，V2020復接設備的以太網(wǎng)板每年也被打壞1～2塊。該站的通信電纜為全程埋地引入，并且配線架安裝了保安單元，電力部分加裝了兩級電源防雷器，與這些線路連接的交換機用戶板和電源設備沒有被雷擊壞，被擊壞的是與這些線路沒有直接連接的交換板和以太網(wǎng)板，說明防雷設備起到了保護作用，因此可以排除外部線路由遠處引入雷擊過電壓造成設備損壞的可能性，雷擊應該是發(fā)生在電話站附近。分析有以下原因：

2.1 鐵塔引雷引起地電位抬升。由于電話站后面有60米高的通信鐵塔，極易引發(fā)雷擊，雷擊避雷針后，強大的雷電流就會泄放到大地。直擊雷的雷電流通常會達到200KA,我們假設為80KA,地阻值為0.2Ω，在地面處的電位也會高達1.6萬伏，和接地體連在一起的設備的電位也會被抬高到相應的水平。按照國家標準，配電盤和開關(guān)電源等設備的絕緣耐沖擊電壓為4000V,電話和網(wǎng)絡交換機等設備的絕緣耐沖擊電壓為1500V，如果沒有采取等電位連接措施和安裝浪涌保護器，抬高的電位勢必造成設備絕緣擊穿，使設備的內(nèi)部器件被擊壞。

2.2 設備之間的連接線由于雷擊電磁脈沖感應出過電壓，造成設備損壞。無論是鐵塔引發(fā)的直擊雷還是云內(nèi)和云際的放電都會產(chǎn)生強烈的電磁脈沖，從而在2M口連接線及網(wǎng)線等線路上感應出雷擊過電壓，造成交換機及復接設備的損壞。

2.3 機房的整個屏蔽網(wǎng)不完善，防靜電地板金屬骨架沒有接地，將會造成雷擊電磁脈沖進入機房，造成設備損壞。

2.4 機房橋架等金屬器件無接地，在雷擊過程中將會造成橋架等金屬器件電位升高，高到一定程度勢必會擊穿信號線絕緣層，造成相應設備的損壞。

2.5光纜、電纜施工不規(guī)范，在進入機房后加強芯或屏蔽層沒有有效接地，也會將室外的雷電引入機房，造成周圍設備的損壞。

三、解決方案

從以上引入的雷電流的分析中可以得出：雷電的防護是一項系統(tǒng)的工程，在整個電子設備防雷系統(tǒng)工程中，除了有良好的避雷針、下引線和接地網(wǎng)系統(tǒng)外，同時必須在電源系統(tǒng)、數(shù)據(jù)信號系統(tǒng)進行可靠、有效的防護工作，并具有可靠的接地裝置。 針對金湖電話站機房現(xiàn)狀加裝以下防雷措施：

3.1 直擊雷的防護。安裝導體多短針雷電放散裝置，導體多短針雷電放散裝置由很多極細的放散電極組成，通過其大量放散電極的小能量、高頻率的尖端放電，形成電暈，避免地電荷在構(gòu)筑物頂部積累，阻止雷擊離子化通道的形成，避免或減少雷擊形成的可能，并因此杜絕感應過電壓的危害。

3.2 雷擊過電壓的防護。主要包括電源系統(tǒng)的防護和信號線系統(tǒng)的防護兩方面。

3.2.1 電源系統(tǒng)的防護。電源系統(tǒng)關(guān)系到整個用電系統(tǒng)的安全，對電源系統(tǒng)通常采取多級防護。

由于該站已經(jīng)安裝了兩級交流電源保護器80KA和20KA浪涌保護器，以防止外部線路引入的雷電流，因此不必再加裝交流電源保護器。但向各設備供電的-48V直流供電線路并沒有受到保護，仍有可能感應雷擊過電壓，因此設計在開關(guān)電源的直流母排上安裝一臺LMP-X/48V型5KA直流電源防雷器。如圖1所示，采用多級防雷后，雷電浪涌電流降至設備所能承受的范圍內(nèi)。

3.2.2 信號線系統(tǒng)的防雷。站內(nèi)信號線路主要是2M電口線路和網(wǎng)絡線路，在雷擊發(fā)生時會由于電磁感應而產(chǎn)生雷擊過電壓。在交換機和復接設備端為2M口加裝LMC-L型5KA保護器，為網(wǎng)線加裝LME-RJ45/100B型5KA保護器，為RS232串口加裝LME-DB09/12V型0.5KA保護器。

3.3 等電位連接和接地。為了保證各設備間的電位平衡，如圖2對所有設備外殼、金屬門窗、橋架，采用S型或M型等電位連接方式與地網(wǎng)進行連接，外部引入的金屬管道，光纜金屬加強芯在入口處進行接地處理。由于金湖電話站的接地網(wǎng)接地電阻值為0.2Ω，滿足要求，因此不必再重做接地網(wǎng)。

3.4 機房屏蔽網(wǎng)安裝。為避免雷擊電磁脈沖進入機房，機房應設置屏蔽網(wǎng)，用16mm2銅芯線在機房地板下沿墻鋪設一圈，中間加橫縱線，形成田字形屏蔽網(wǎng)，屏蔽網(wǎng)與接地排連接，防靜電地板的金屬骨架在機房四角與屏蔽線連接。

結(jié)束語：2011年，對金湖電話站防雷系統(tǒng)進行系統(tǒng)防護后，連續(xù)3年無雷擊記錄，證明綜合防雷系統(tǒng)在防雷擊中起到了實際的作用。2012年利用同樣方法對真武電話站進行分析、安裝防雷系統(tǒng)，連續(xù)2年無雷擊記錄。

經(jīng)過對轄區(qū)內(nèi)通信站雷擊記錄分析，在2008年1月—2012年12月的五年中，除金湖、真武電話站，黃玨、劉陸、韋莊、金北、崔莊等站所的設備均因雷擊損壞過，五年總計損失已超過20萬余元。歷史遺留問題造成老舊通信站點的防雷系統(tǒng)均比較薄弱，安裝機房綜合防雷系統(tǒng)刻不容緩，應根據(jù)各通信站實際情況進行系統(tǒng)分析、安裝綜合防雷系統(tǒng)，以減少、減輕通信站因雷擊造成的損失。

1李崇建.通信電源技術(shù)標準及測量.北京：北京郵電大學出版社，2002.81～88

2侯振義.通信電源站原理及設計.北京：人民郵電出版社，2002.326～339

3朱雄世.通信電源設計及應用.北京：中國電力出版社，2006.318～359