电力通信设施过电压防护的探讨

胡全斌，吴晓良，徐幸儿，纪丰

（1.国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江湖州313000；2.杭州意能防雷技术有限公司，杭州310000）

电力通信设施过电压防护的探讨

胡全斌1，吴晓良2，徐幸儿1，纪丰1

（1.国网浙江省电力公司湖州供电公司，浙江湖州313000；2.杭州意能防雷技术有限公司，杭州310000）

结合电力通信设施运维的实践经验，介绍了电力通信设施过电压防护装置的检查要点，分析了电涌保护器SPD引线长度对过电压防护的影响、接地及等电位连接等电力通信设施过电压防护的常见问题，探讨了实时监控SPD工作状态的可能性。

电力通信；设施；雷击；过电压；SPD

电力安全生产离不开通信设施，近些年电力通信设施防雷保护措施不断完善，几乎所有的电力通信设施都安装了SPD（电涌保护器）。SPD在线长期运行会自然老化，一旦SPD处于劣化阶段，使用ZnO压敏材料的器件可能温度升高，引起压敏电阻热崩溃，从而导致漏电流增大且防护功能失效，严重时可发生器件爆炸、起火；当雷击降临时已失去防御功能，导致通信系统设备无法正常运行。因此，对SPD性能状态的周期性检测并及时进行维护显得非常重要。

1 过电压防护设施的检查

电力通信设施的防雷击措施涉及面广，如：机房均压带、环母、引下线连接，防静电地板，均压接地技术，等电位接地，室内SPD的选型、匹配、通流量、安装位置、连接线、材料、规格、截面、连接方式、过渡电阻，防腐措施等。

室外的接地网，特别是接地体（扁钢、角钢等钢材）埋设在地下，如果是偏酸性的土壤、风化石土壤和砂质土壤，腐蚀性强；如果施工时焊接不牢固、防腐处理未做到位，年久以后，接地装置容易发生腐蚀断开造成地网肢解。

需要对过电压防护设施定期检查维护，通常检查有以下几个要点：

（1）SPD的接线截面、长度，外观，标识，启动电压，漏电流，残压值；

（2）室内接地与直接等电位连接性能检查，机房均压带、环母、引下线连接，均压接地电阻值与过渡电阻值；

（3）接地网检查，开挖接地网，检查材料、规格、截面腐蚀程度等，以及接地电阻试验。

2 SPD引线长度的讨论

日常运维中SPD的常见问题主要有：通信电源屏直流48 V电源SPD漏电流偏大，通信电源屏交流电源SPD某相模块已遭受过过电流损坏使指示窗口变红，少数站点SPD设置未到位，级间配合欠妥。某些交流电源SPD接线长度过长，也有交流电源SPD残压值超标等现象。

SPD在工作时，SPD安装位置处的线路对地电压限制在Up（SPD的电压保护水平）。若SPD和被保护设备间的线路太长，电涌的传播将会产生振荡现象，IEC 61643-12标准指出，设备端产生的振荡电压值会增至2Up，即使选择了Up≤Uw（设备耐冲击电压额定值），振荡仍能引起被保护设施损坏。

振荡保护距离Lpo是SPD和设备间线路的最大长度，在此限度内，SPD有效保护了设备。若线路长度小于10 m或者Up/f（有效保护水平）＜Uw/2时，振荡保护距离可以不考虑。若线路长度大于10 m且Up/f＞Uw/2时，振荡保护距离可以由公式估算：

式中：k=25 V/m。

当建筑物或附近建筑物地面遭受雷击时，会在SPD与被保护设备构成的回路内感应出过电压，如其过电压叠加Up超出限制值将降低SPD的保护效果。感应过电压随线路长度、保护地PE与相线的距离、电源线与信号线间回路面积的尺寸增加而增大，随空间屏蔽、线路屏蔽效率的提高而减小。

当雷电产生的磁场极强时，应减小SPD与设备间的距离。也可采取措施减小磁场强度，如建筑物（LPZ 1）或房间（LPZ 2等后续防护区域）采用空间屏蔽，使用屏蔽电缆或电缆管道对线路进行屏蔽等。当采用了上述屏蔽措施后，可以不考虑感应保护距离Lpi。

当SPD与被保护设备间的线路较长、线路未屏蔽、回路面积大时，应考虑感应保护距离Lpi，用下列公式估算：

Lpi=（Uw-Up/f）/h，（2）

式中：h=30 000×KS1×KS2×KS3（V/m）；KS1为LPZ 0/1交界处的建筑物结构、LPS（雷电防护系统）和其他屏蔽物的屏蔽效能因子，一般取0.12w（w为格栅形空间屏蔽或者网格状LPS引下线的网格宽度）；KS2为建筑物内部LPZ X/Y（X>0，Y>1）交界处屏蔽物的屏蔽效能因子，一般取0.12w；KS3为建筑物内部布线的特性因子，按GB 50343-2012标准中表B.5.14-2的规定确定。

安装SPD时要特别注意SPD两端引线的长度。如有3路电源线进出通信站建筑物，防雷类别以二类考虑，最大雷击电流为150 kA，闪电电流50%经外部防雷设施泄放，流经室内各类导体SPD的雷电流约为2/3，电源线按3线考虑再除以3，因此，首次雷击时每个SPD通过的雷电流i1=150/2/3/3=8.33 kA，首次雷击以后雷击时每个SPD通过的雷电流i2=37.5/2/3/3=2.08 kA（参阅GB 50057-2010附录F表F.0.1-3）。首次雷击时电流平均陡度为i1/T1（波头）=8.33/10=0.83 kA/μs（线路无屏蔽），首次后雷击时电流平均陡度为i2/T2（波长）=2.08/0.25=8.32 kA/μs（线路无屏蔽）。当SPD两端引线长度为1 m时（电感为1 μH/m），引线上的最大压降达到8.32 kV（线路无屏蔽），这么大的压降超过了SPD自身的电压保护水平UP，也超出了被保护设备的耐压水平UW，显然雷击过电压发生时设备被损坏的风险较大。

如图1所示，ΔU为电涌保护器两端引线的感应电压降，即L×（di/dt），可按1 kV/m计算；ΔU=ΔUL1+ΔUL2。

图1 L线与等电位排间的电涌电压

假如流经SPD两端引线L1与L2的电涌平均陡度为1 kA/μs，引线Ф6 mm2的多股铜线L1与L2单位长度电感为L0=1.16 H/m，SPD的残压为1.3 kV，SPD两端引线长度之和L1+L2=1.5 m，UAB= SPD的残压值+引线产生的感应电压UL。

由于UAB=3.04 kV，大于被保护设备的耐压（2.5 kV），设备的绝缘有可能被击穿，导致损坏。按照规范要求SPD两端引线之和不超过0.5 m，现为1.5 m，应予缩短。

两端引线缩短量值为LS=（3 kV-2.5 kV）/（1.16 H/m×1 kA/μs）=0.47 m，L1+L2-LS=1.5-0.47=1.03 m，则SPD两端引线之和必须小于1.03 m，才能满足要求。

3 接地及等电位连接的检查

日常运维中接地及等电位连接的常见问题主要有：个别通信电源综合屏接地螺丝未紧固；通信机房蓄电池未接地；开挖接地极角钢与扁钢焊接点有个别腐蚀断裂等。

电气接地是保障电力通信设施正常运行、防止人身电击事故、防止雷击和静电的基本措施。通信机房蓄电池未接地时，当供电线路因雷击电磁脉冲过电压入侵，雷击电压超出蓄电池绝缘耐压而无法泄放到大地，就可能毁坏蓄电池；通信电源综合屏接地螺丝未紧固，当供电线路因雷击电磁脉冲过电压入侵，将导致电气火花，严重时可能毁坏设备或酿成火灾事故。

假如理想的接地装置（阻值为零）存在，那么当雷击发生时，不论雷电流多大，接地装置上任何一点对大地的电位都为零，则该接地系统避雷泄流百分之百。但实际上理想的接地装置（阻值为零）是不存在的。通信站设备泄放雷击电磁脉冲过电流依靠的是良好的接地网，如果地极角钢或扁钢腐蚀断裂造成地网肢解，地网整体面积缩小、接地电阻值增大，势必引起地电位抬升。当地电位高到反击设备且可破坏设备绝缘时，将为时晚矣。这就需要定时检验、开挖验证接地装置是否正常，以确保接地网原设计功能。

4 实时监控的可能性

电力通信设施的SPD分散在电网覆盖范围内，有的设在高山峡谷，在雷雨季节被毁坏的可能始终潜在，一旦SPD无法承担瞬态泄放过电流造成通信中断时，只能靠人工奔赴现场查验才能发现与分析，并进行处理。为实时监控SPD状态，可采用雷击参数在线监录与SPD动态预警管理设备，雷击参数在线监录与SPD动态预警管理设备设置于线路SPD之间，安装点如图2所示，实时监测流过SPD的瞬态电流，判断SPD失效势态。配接无线传输方式，将监测、记录到的自然闪电闪击参数，如：闪电闪击电流幅值、持续时间、极性（雷击电流走向）与波形等真值参数以及SPD性能现状，随时传送到数据处理中心，便于值班人员及时分析处理。

接地网靠人工定期开挖验证，也是费时费力之举，如果采用接地网腐蚀状态原位检测技术，利用接地网腐蚀状态检测装置，采用腐蚀速度测量仪原位测量接地金属的极化电阻值Rp，无需开挖，只需将传感器插入土壤中（15 cm左右），测试引线连接在接地引下线上，便可获得接地网金属腐蚀速度和腐蚀状态信息。由此，可以避免盲目的开挖检查。

5 结语

国网湖州供电公司坚持每年定期对电力通信设施防过电压装置进行检查。通过检测可以了解防过电压装置及其接地网的性能状态，分析评估存在的问题和不足，提出相应的整改措施，及时消除隐患，使其达到最佳的防雷效果。电力通信过电压防护设施检查、维护的自动化是今后发展的方向。

[1]GB 50057-2010建筑物防雷设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]GB 50343-2012建筑物电子信息系统防雷技术规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2012.

[3]DL 548-94电力系统通信站防雷运行管理规程[S].北京：中国电力出版社，1994.

[4]DL/T 381-2010电子设备防雷技术导则[S].北京：中国电力出版社，2010.

[5]DL/T 248-2012输电线路杆塔不锈钢复合材料耐腐蚀接地装置[S].北京：中国电力出版社，2012.

[6]Q/GDW 413-2010电力系统二次设备SPD防雷技术规范[S].北京：中国电力出版社，2010.

[7]苏邦礼，崔秉球.雷电与避雷工程[M].广州：中山大学出版社，1996.

[8]寄玉玉，王佩，张秀丽，等.接地网腐蚀状态原位检测技术研究[J].华北电力技术，2012（8）∶34-37.

[10]包炳生，张建敏，童杭伟，等.雷击参数在线监录与SPD动态预警管理——“黑匣子”研究与应用[J].自然灾害学报，2011，20（3）∶125-130.

（本文编辑：杨勇）

Discussion on Overvoltage Protection of Electric Power Communication Facilities

HU Quanbin1，WU Xiaoliang2，XU Xinger1，JI Feng1
（1.State Grid Huzhou Power Supply Company，Huzhou 313000，China；2.Hangzhou Yineng Lighting Protection Technology Co.，Ltd.，Hangzhou 310000，China）

In combination with the practical experience in operation and maintenance of electric power communication facilities，this paper introduces key points in inspection of overvoltage protection devices in electric power communication facilities；it analyzes common overvoltage protection problems in electric power communication facilities such as the influence of surge protector lead wire on overvoltage，grounding and equipotential connection in detail and discusses real time monitoring probability of SPD operative mode.

electric power communication；facility；lightning；overvoltage；SPD

TM863

：B

：1007-1881（2014）05-0059-03

2013－09-27

胡全斌（1955－），男，浙江湖州人，技师，主要从事电力通信工作。