油田通信站综合防雷系统的研究与应用

赵永进（中国石油化工集团公司 江苏石油勘探局水电讯处 扬州225000）

一、雷电的危害与引入分析

近些年来由雷电引发的灾害频繁发生，并呈上升的趋势，雷害已经成为“电子化时代的一大公害”。虽然自然界中雷电现象发生的绝对值并没有增加，但由于微电子设备的大量普及和应用，且集成的程度日益增高，内部的线间距离越小，元器件的耐压程度越低，更经受不起雷电强烈冲击的破坏。

雷害侵入电子系统主要有如下途径：

1.1 雷害由户外电力线路侵入。电源侧高、低压线路遭受雷击或雷电感应，致使电源过电压，造成设备损坏。

1.2 雷害由户外通讯信号线路侵入。户外通信电缆、钢绞线、微波天线、扩频天线等遭受雷击，致使雷电被引入机房设备，造成设备损坏。

1.3 雷害由非屏蔽的UTP线缆侵入。现代机房的综合布线系统多采用非屏蔽的UTP线缆，一旦大楼结构内某些钢筋泄放雷击电流都将会引起感应高压，击毁设备。

1.4 雷电反击的破坏。如果机房内接地不规范，使各设备参考地电位不一致，在设备间及设备内部产生电位差，击穿器件或击毁设备。

1.5 操作过电压引起的危害，这大多发生在设备的开关、输电线路的短路、周围大容量发电机运行时产生的工业干扰或操作过电压在电源线上会产生浪涌过电压及浪涌电流，它们同样会产生很大的破坏性后果。

二、油田通信站金湖电话站雷击事故分析

金湖电话站位于江苏省海安市，地势平坦开阔、河网密布，年平均雷暴日37.8，属于中雷区。在2009、2010年交换机的交换矩阵板连续两年被打坏，V2020复接设备的以太网板每年也被打坏1～2块。该站的通信电缆为全程埋地引入，并且配线架安装了保安单元，电力部分加装了两级电源防雷器，与这些线路连接的交换机用户板和电源设备没有被雷击坏，被击坏的是与这些线路没有直接连接的交换板和以太网板，说明防雷设备起到了保护作用，因此可以排除外部线路由远处引入雷击过电压造成设备损坏的可能性，雷击应该是发生在电话站附近。分析有以下原因：

2.1 铁塔引雷引起地电位抬升。由于电话站后面有60米高的通信铁塔，极易引发雷击，雷击避雷针后，强大的雷电流就会泄放到大地。直击雷的雷电流通常会达到200KA,我们假设为80KA,地阻值为0.2Ω，在地面处的电位也会高达1.6万伏，和接地体连在一起的设备的电位也会被抬高到相应的水平。按照国家标准，配电盘和开关电源等设备的绝缘耐冲击电压为4000V,电话和网络交换机等设备的绝缘耐冲击电压为1500V，如果没有采取等电位连接措施和安装浪涌保护器，抬高的电位势必造成设备绝缘击穿，使设备的内部器件被击坏。

2.2 设备之间的连接线由于雷击电磁脉冲感应出过电压，造成设备损坏。无论是铁塔引发的直击雷还是云内和云际的放电都会产生强烈的电磁脉冲，从而在2M口连接线及网线等线路上感应出雷击过电压，造成交换机及复接设备的损坏。

2.3 机房的整个屏蔽网不完善，防静电地板金属骨架没有接地，将会造成雷击电磁脉冲进入机房，造成设备损坏。

2.4 机房桥架等金属器件无接地，在雷击过程中将会造成桥架等金属器件电位升高，高到一定程度势必会击穿信号线绝缘层，造成相应设备的损坏。

2.5光缆、电缆施工不规范，在进入机房后加强芯或屏蔽层没有有效接地，也会将室外的雷电引入机房，造成周围设备的损坏。

三、解决方案

从以上引入的雷电流的分析中可以得出：雷电的防护是一项系统的工程，在整个电子设备防雷系统工程中，除了有良好的避雷针、下引线和接地网系统外，同时必须在电源系统、数据信号系统进行可靠、有效的防护工作，并具有可靠的接地装置。 针对金湖电话站机房现状加装以下防雷措施：

3.1 直击雷的防护。安装导体多短针雷电放散装置，导体多短针雷电放散装置由很多极细的放散电极组成，通过其大量放散电极的小能量、高频率的尖端放电，形成电晕，避免地电荷在构筑物顶部积累，阻止雷击离子化通道的形成，避免或减少雷击形成的可能，并因此杜绝感应过电压的危害。

3.2 雷击过电压的防护。主要包括电源系统的防护和信号线系统的防护两方面。

3.2.1 电源系统的防护。电源系统关系到整个用电系统的安全，对电源系统通常采取多级防护。

由于该站已经安装了两级交流电源保护器80KA和20KA浪涌保护器，以防止外部线路引入的雷电流，因此不必再加装交流电源保护器。但向各设备供电的-48V直流供电线路并没有受到保护，仍有可能感应雷击过电压，因此设计在开关电源的直流母排上安装一台LMP-X/48V型5KA直流电源防雷器。如图1所示，采用多级防雷后，雷电浪涌电流降至设备所能承受的范围内。

3.2.2 信号线系统的防雷。站内信号线路主要是2M电口线路和网络线路，在雷击发生时会由于电磁感应而产生雷击过电压。在交换机和复接设备端为2M口加装LMC-L型5KA保护器，为网线加装LME-RJ45/100B型5KA保护器，为RS232串口加装LME-DB09/12V型0.5KA保护器。

3.3 等电位连接和接地。为了保证各设备间的电位平衡，如图2对所有设备外壳、金属门窗、桥架，采用S型或M型等电位连接方式与地网进行连接，外部引入的金属管道，光缆金属加强芯在入口处进行接地处理。由于金湖电话站的接地网接地电阻值为0.2Ω，满足要求，因此不必再重做接地网。

3.4 机房屏蔽网安装。为避免雷击电磁脉冲进入机房，机房应设置屏蔽网，用16mm2铜芯线在机房地板下沿墙铺设一圈，中间加横纵线，形成田字形屏蔽网，屏蔽网与接地排连接，防静电地板的金属骨架在机房四角与屏蔽线连接。

结束语：2011年，对金湖电话站防雷系统进行系统防护后，连续3年无雷击记录，证明综合防雷系统在防雷击中起到了实际的作用。2012年利用同样方法对真武电话站进行分析、安装防雷系统，连续2年无雷击记录。

经过对辖区内通信站雷击记录分析，在2008年1月—2012年12月的五年中，除金湖、真武电话站，黄珏、刘陆、韦庄、金北、崔庄等站所的设备均因雷击损坏过，五年总计损失已超过20万余元。历史遗留问题造成老旧通信站点的防雷系统均比较薄弱，安装机房综合防雷系统刻不容缓，应根据各通信站实际情况进行系统分析、安装综合防雷系统，以减少、减轻通信站因雷击造成的损失。

1李崇建.通信电源技术标准及测量.北京：北京邮电大学出版社，2002.81～88

2侯振义.通信电源站原理及设计.北京：人民邮电出版社，2002.326～339

3朱雄世.通信电源设计及应用.北京：中国电力出版社，2006.318～359