雷擊引發(fā)的變電站通信設(shè)備火災(zāi)事故分析

李 博，張超君，孔凡偉，張 彪，高 翔

(1.國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電公司，河北石家莊 050051；3.國網(wǎng)河北省電力公司保定供電公司，河北 保定 071051)

雷擊引發(fā)的變電站通信設(shè)備火災(zāi)事故分析

李 博1，張超君2，孔凡偉1，張 彪3，高 翔3

(1.國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電公司，河北石家莊 050051；3.國網(wǎng)河北省電力公司保定供電公司，河北 保定 071051)

分析了一起由于雷擊造成變電站通信蓄電池電纜擊穿短路而引發(fā)的火災(zāi)事故，針對(duì)暴露出的管理問題，提出了開展專項(xiàng)隱患排查及整治、加強(qiáng)通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)等防范措施，以改善變電站通信設(shè)備的管理，確保其安全穩(wěn)定運(yùn)行。

雷擊；變電站；通信設(shè)備；火災(zāi)事故

0 引言

變電站通信用電源一般由48 V充電機(jī)和蓄電池組構(gòu)成，由于其電壓低、電流大，實(shí)際連接電纜截面較大，一旦發(fā)生短路故障將會(huì)釋放出大量熱能，容易引發(fā)火災(zāi)事故。但在實(shí)際生產(chǎn)中，由于通信用蓄電池組的電壓低、接線簡(jiǎn)單，往往導(dǎo)致運(yùn)維人員對(duì)蓄電池電纜的防雷、防火工作重視程度不夠，日常疏于維護(hù)和管理，因而埋下了事故隱患。

1 事故經(jīng)過

220 kV某變電站共有2個(gè)通信機(jī)房，發(fā)生故障的微波樓通信機(jī)房為第一通信機(jī)房，主控樓1層設(shè)置有第二通信機(jī)房，故障前2個(gè)機(jī)房通信設(shè)備均運(yùn)行正常。2013-06-07T7：00，該220 kV站所在地出現(xiàn)雷電大雨天氣。

07：30，站內(nèi)值班員看到一球型閃光在微波塔下部電纜托架附近一閃即逝。

08：10，一聲強(qiáng)雷之后，該站主控室照明、監(jiān)控機(jī)、管理機(jī)等設(shè)備短時(shí)失去電源。經(jīng)查為監(jiān)控臺(tái)內(nèi)的空開跳閘。

08：20，該站火災(zāi)報(bào)警裝置發(fā)出報(bào)警信號(hào)，值班員隨即到樓下查看，發(fā)現(xiàn)微波樓2樓東側(cè)有煙冒出，進(jìn)入微波樓內(nèi)，發(fā)現(xiàn)煙霧太大。值班員取戴上防毒面具后，進(jìn)入微波樓2樓查看，發(fā)現(xiàn)樓內(nèi)煙霧很濃，房間東南角處有較大火光，并伴有“噼啪”的放電聲，溫度很高，無法靠近。值班員在門口處用干粉滅火器對(duì)準(zhǔn)火焰進(jìn)行噴射，但由于距離較遠(yuǎn)，干粉不能噴射到火焰處，滅火效果不明顯。值班員隨即斷開低壓室內(nèi)低壓屏上通往微波樓的所有交流電源，立即報(bào)火警119，同時(shí)報(bào)告公司運(yùn)維工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)，啟動(dòng)消防應(yīng)急預(yù)案。

10：20，火勢(shì)得到控制，現(xiàn)場(chǎng)已無明火，消防人員隨后趕到，進(jìn)行徹底滅火。

2 事故原因分析

2.1 現(xiàn)場(chǎng)檢查情況

事故發(fā)生后，現(xiàn)場(chǎng)檢查發(fā)現(xiàn)，豎井內(nèi)蓄電池負(fù)極電纜被燒毀(燒斷成4段)，且斷點(diǎn)處均已被燒熔，而豎井內(nèi)其他線纜銅芯沒有此現(xiàn)象，只是表面發(fā)生氧化。另外，檢查與通信線纜連接的通信設(shè)備均未損壞。綜合事故當(dāng)日天氣狀況、值班員現(xiàn)場(chǎng)所見及后續(xù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地檢查情況，可以確定起火點(diǎn)位于該變電站微波樓2樓電纜豎井與地面交界位置。

2.2 原因分析

該變電站處于平原地區(qū)，微波塔接地裝置與通信樓接地網(wǎng)連為一體，當(dāng)年5月實(shí)測(cè)接地電阻值0.62 Ω，符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)(不大于5 Ω)要求，天饋線等通信線纜外金屬層或屏蔽層均已按規(guī)程要求接地。起火點(diǎn)所在電纜豎井內(nèi)敷設(shè)了交流電纜、直流電纜、音頻電纜和光纜等，有直接接地的金屬支架，該金屬支架與微波塔天饋線金屬橋架連通，在1樓電纜溝處與接地網(wǎng)相連，電纜溝內(nèi)接地網(wǎng)與微波塔接地網(wǎng)為同一接地網(wǎng)，且獨(dú)立于變電站接地網(wǎng)。

由于與通信線纜連接的通信設(shè)備均未損壞，因此可排除雷擊微波塔后，引起地電位升高，造成設(shè)備及線纜絕緣損壞而起火的原因。

由于以下原因：

(1) 光纜為不導(dǎo)電物質(zhì)；

(2) 交流電纜外具備鎧甲，且兩端直接接地；

(3) 通信線纜屏蔽層也按規(guī)程要求接地；

(4) 蓄電池電纜1×50 mm2銅質(zhì)線纜，線芯外部只有約1.5 mm絕緣層，沒有金屬屏蔽層；

(5) 現(xiàn)場(chǎng)檢查除燒毀的蓄電池負(fù)極電纜外；其他線纜銅芯沒有燒毀現(xiàn)象，只是表面發(fā)生氧化；

(6) 電纜外皮燃燒的溫度相對(duì)較低，不能使銅融化。因此從斷點(diǎn)被燒熔的現(xiàn)象看，應(yīng)該是雷擊短路放電時(shí)電弧產(chǎn)生的高溫所致。

綜上所述，判斷該變電站微波塔遭雷擊后，部分雷電流經(jīng)電纜托架入地，在蓄電池電纜中引起感應(yīng)過電壓，造成電纜絕緣薄弱位置擊穿，引發(fā)放電，進(jìn)而發(fā)展成電纜外皮燃燒起火。這是造成此次故障的直接原因。

2.3 事故過程還原

雷擊微波塔后，雷電流一部分沿微波塔塔身入地(雷擊電流走向見圖1)，另一部分沿“天饋線金屬橋架—豎井金屬支架”入地。由于光纜為不導(dǎo)電物質(zhì)，不能產(chǎn)生感應(yīng)電壓；交流電纜外鎧甲兩端接地，具有屏蔽作用，所以線芯中不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，因此沿金屬支架入地的雷擊電流，在豎井內(nèi)無接地金屬屏蔽層的蓄電池電纜金屬線芯中，產(chǎn)生較高的感應(yīng)過電壓，導(dǎo)致絕緣層對(duì)地?fù)舸?/p>

圖1 雷電流走向示意

故障后交流電源空開跳閘，交流電源不能持續(xù)為故障點(diǎn)提供能量。而直流回路蓄電池(48 V，正極接地)電纜為非屏蔽電纜，只有1層絕緣，正極回路電纜直接接地不會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，負(fù)極回路電纜在感應(yīng)過電壓作用下，外絕緣層絕緣薄弱點(diǎn)對(duì)地?fù)舸?，從而引起蓄電池正?fù)極之間的短路。且蓄電池布置在2層，蓄電池保險(xiǎn)布置在1層充電機(jī)屏內(nèi)，在電纜豎井內(nèi)敷設(shè)的蓄電池電纜未經(jīng)過保險(xiǎn)，因此，在充電機(jī)屏交流電源跳開后，蓄電池組作為電源能夠持續(xù)為故障點(diǎn)提供短路電流，故障點(diǎn)電纜外皮在持續(xù)的短路電流發(fā)熱作用下起火，繼而引燃豎井內(nèi)其他線纜。

3 暴露出的管理問題

(1) 該220 kV站微波樓通信機(jī)房于1980年投運(yùn)，當(dāng)時(shí)直流電纜未采用鎧裝屏蔽阻燃電纜，不滿足現(xiàn)行設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)要求。微波饋線室外引入橋架未在進(jìn)入微波機(jī)房前接地，雖然2010年時(shí)的規(guī)程對(duì)此無要求，但不符合GB 50689—2011《通信局(站)的防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》(2012年5月1日起實(shí)施)的要求，導(dǎo)致微波塔遭受雷擊后通過橋架引入雷電波，造成短路起火。

(2) 通信機(jī)房的線纜布置不規(guī)范，電纜所在豎井封堵不合格。敞開式走線架上的強(qiáng)、弱電纜未分離，光纜與動(dòng)力電纜未分溝敷設(shè)，共用一條電纜溝引入微波樓，沒有第2光纜路徑。并且電纜豎井無隔離擋板，電纜直接外露，內(nèi)部敷設(shè)的光纜、電纜數(shù)量太多，造成電纜及光纜間存在縫隙封堵不嚴(yán)密，導(dǎo)致火勢(shì)自2層向1層和3層蔓延，造成事故范圍擴(kuò)大。

(3) 通信監(jiān)控系統(tǒng)不完善。該站通信監(jiān)控系統(tǒng)于1998年投入運(yùn)行，微波樓1，2層的通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)無煙感探頭，且未安裝視頻監(jiān)控?cái)z像頭，造成通信監(jiān)控人員無法及時(shí)發(fā)現(xiàn)起火。

(4) 該站內(nèi)通信專業(yè)基礎(chǔ)資料不全，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)搶修造成一定延誤。

4 防范措施

(1) 開展專項(xiàng)隱患排查及整治。將該公司所轄的其他裝有微波設(shè)備的變電站通信直流電纜全部更換為鎧裝屏蔽阻燃電纜；對(duì)連接微波塔的通信機(jī)房接地電阻進(jìn)行檢查復(fù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)接地電阻超標(biāo)的，立即進(jìn)行降阻處理。根據(jù)GB 50689—2011《通信局(站)的防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范》的要求，對(duì)該公司所有微波機(jī)房進(jìn)行橋架部分接地整改，將室外橋架與室內(nèi)走線架物理隔離。室外走線架始、末兩端均應(yīng)做接地連接，室內(nèi)走線架在室內(nèi)接地。微波站接地網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范如圖2所示。

圖2 微波站接地網(wǎng)示意

(2) 對(duì)獨(dú)立通信機(jī)房的電纜豎井進(jìn)行全面檢查，核實(shí)各類線纜路徑及溝道，電纜豎井加裝隔離擋板，避免電纜直接外露。排查防火封堵是否合格，防火涂料涂刷是否良好，徹底消除豎井封堵不合格隱患，全面提升設(shè)備防火能力。制定開通第2光纜路徑方案，避免與一次動(dòng)力電纜同溝(架)布放，確保光纜運(yùn)行滿足規(guī)程要求。

(3) 加強(qiáng)信息通信監(jiān)測(cè)系統(tǒng)建設(shè)，增加通信交流配電室和蓄電池室的視頻監(jiān)控，不斷完善通信監(jiān)控、監(jiān)測(cè)功能，保證區(qū)域全面覆蓋，做到監(jiān)控?zé)o遺漏、監(jiān)測(cè)無死角。

(4) 開展通信專業(yè)基礎(chǔ)資料、設(shè)備臺(tái)帳核查整理工作，規(guī)范基礎(chǔ)資料獲取流程，實(shí)現(xiàn)規(guī)范化管理，確保專業(yè)臺(tái)帳與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況完全吻合，提升檢修、搶修效率。

5 結(jié)束語

針對(duì)一起由雷擊造成變電站通信蓄電池電纜擊穿短路而引發(fā)的火災(zāi)事故進(jìn)行了詳細(xì)分析，還原了事故經(jīng)過，剖析了事故暴露出的問題，并提出了防范措施，給今后變電站通信接地管理、低壓交直流電纜防雷、站內(nèi)防火管理等工作提供一定的參考。

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB 50689—2011通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2012.

2016-04-27。

李 博(1982-)，男，高級(jí)工程師，主要從事安全監(jiān)督管理工作，email：dovebob@126.com。

張超君(1982-)，女，高級(jí)工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度自動(dòng)化管理工作和人力資源管理工作。

孔凡偉(1981-)，男，工程師，主要從事安全監(jiān)督管理工作。

張 彪(1981-)，男，工程師，主要從事安全監(jiān)督管理工作。

高 翔(1975-)，男，高級(jí)工程師，主要從事安全監(jiān)督管理相關(guān)工作。