电力通信信息系统雷电防护技术探讨

摘要 信息时代背景下的电力通信发展迅速，电力通信信息系统已逐渐渗透人们生产生活的方方面面，为人们提供了极大便利。然而，电力通信信息系统因其独特的结构特征很容易遭受雷击。为此，为保证电力通信信息系统运行安全性与稳定性，必须进一步加强对电力通信信息系统雷电防护技术的研究与应用。基于电力通信信息系统雷击危害分析，针对几种常见雷电防护技术进行了简单的论述，以期为相关企业提供借鉴与指导。

关键词 电力通信信息系统；雷电防护技术；过电压；避雷器

中图分类号：TM86 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2023）02–0194-03

电力通信信息系统是现代信息技术的核心基础设施，也是现代信息社会中最重要的物理基础，它对保持电网信息传输的稳定、安全运行至关重要。与普通通信系统相比，电力通信信息系统中的各种线路都存在雷电过电压、雷电电磁脉冲攻击及雷击对信号通信质量产生威胁，对电力通信系统安全运行带来了严重安全隐患。主要针对电力通信系统雷电防护技术应用展开讨论。

1 电力通信信息系统雷击引起的危害

电力线路雷击引起的破坏方式多种多样，其主要表现为信号中断，从而使电力通信设备出现故障。发生雷击时，当雷电过电压达到1 000 V时，雷电电流会在导体内形成过电压回路及压短弧、低压闪络、感应等。同时，在雷电放电过程中会产生高温火花，从而引发火灾，损毁电力通信系统设备，致使整个电力通信系统瘫痪，严重影响电力行业的发展[1]。电力通信系统雷击故障原因主要有瞬间过电压、雷雨天气、电磁脉冲攻击、雷击对地等。

1.1 瞬间雷电过电压

雷电过电压一般是指雷雨大风通过导线和电缆侵入大地产生的高电压。当电压过高时，线路会发热，并将金属带露部分加热并产生电流，电流通过电缆时产生的电压使得电缆在短时间内遭受雷电击穿，若不能及时地进行接地维修，将会形成电流，冲击配电装置和电缆通道，从而引起故障跳闸。

1.2 雷雨天气

当天气发生变化时，雷电电磁脉冲的能量不断增大，会产生更大范围的电流。在这种电流作用下，当避雷器内、外金属外壳受到损坏时，接地电阻就会增大。电流通过接地回路时，电子线路之间将会形成短路电流，从而击穿设备；当接地电阻达到标准时，电子线路上就会发热或放电，引起事故的发

生[2]。雷电电磁脉冲很难直接击穿导体，这是由于当物体周圍空气电压迅速升高时将其电击为直流电，且电压可达几百伏以上，而物体外表也会受到雷电的影响，而逐渐变暗直至消失。因此，当建筑物受到雷击时会形成2个区域并联放电，从而造成局部过电压而损坏电器设备或使系统跳闸。因此，需要针对这种情况制定有效的防雷措施，以减少雷击灾害对通信设备造成的损害。

1.3 电磁脉冲攻击

电磁脉冲攻击是雷电事故发生的主要原因之一。受电力通信系统运行时产生的微弱电磁感应磁场的影响，会使电力传输系统发生跳闸故障。在正常运行过程中，受到设备内产生的高频电磁环境会引起电能畸变现象，电力用户采用避雷器接地后将不会正常工作，一旦在静电放电时遇到带电设备就可能导致爆炸[3]。电磁脉冲是感应电势的集合体，当产生足够能量并达到一定数量时，便可产生巨大的电磁冲击波袭击电力系统设备，产生损坏。受电磁冲击波的影响，产生大量高能电子并形成电荷，使得雷电放电更加剧烈。

1.4 雷击对地

雷击对地是雷电放电故障中较为严重的一种故障类型，这种故障主要是因为电力系统在雷雨天气下工作容易受到雷电的攻击，使得架空线中绝缘材料受潮失效。在雷雨天气，供电电缆和配变电缆经常穿进墙壁，或与地线之间不能采取合理的接地措施，不能保证有足够的导电能力，就易对接地体造成破坏。雷电电流通过大地后会产生电压梯度，从而引起电器设备和通信系统的损坏。在雷雨天气，如果有较强雷电电流进入建筑物，就可能使建筑物的金属构件遭到破坏。从供电电源进入大地的电流分为直接进入金属物体内部时产生的电流和接地回路中的电流；从低压通过大地进入人体时产生的电流，会在人体中形成感应电流。当感应电流达到人体所承受电压时便会造成触电事故。

2 电力通信信息系统的雷击防护原则

2.1 电力通信信息系统防雷击工作中的保护要求依据《接地故障标准》（JGJ/T 111—2016）

配电设备中，接地体应采用专用接地导体（不低于16 mm2的铜导线），且接地电阻应符合设计标准。接地装置包括直接连接到电缆槽外的金属管（带金属条）或软管（管卡），金属管不应弯曲或被腐蚀。在安装前，要仔细检查接地是否可靠有效，电器设备应处于良好的接地状态，以便及时发现故障。接地端点的接地电阻应不大于0.5 Ω；针对地电压值＞30 kV的电器设备的接地引下线，应进行绝缘处理。防止电器设备感应回路形成直接击穿和引弧而发生保护故障（接地故障）；接地故障应使电器设备保持在一个可靠的状态。包括线路接头、地线等避免在雷雨天气条件下带电工作；设备应与其他金属构件保持良好绝缘，严禁将带电金属物（如变压器等）直接接地；不得接地带电运转、维修及检修；电弧火花报警信号及其他安全电器动作前必须切断电源；电气设施和设备尽量避免接触带电金属物体，防止接触点产生火花等。

2.2 雷电防护技术应满足《防雷安全保护技术规范》（JGJ/T 266—2007）要求

雷电防护的本质是保护建筑物免受其影响和干扰，以确保正常运行。对此，应根据建筑物防雷特性和相应的防雷技术路线，选择合适的安全保护等级技术。在选择建筑物防雷工程技术时，应充分考虑建筑物的整体防雷设计，按照设计进行防雷设计。按建筑物防雷设计计算规范设计防雷系统，应充分考虑安全保护等级与建筑物类型，防雷设计应包括雷击的防护因素，并将其完整地体现在设计图纸上。建筑物防雷设计除应满足雷电防护标准外，还要根据建筑物防雷特点，选用相应的安全保护

等级。

根据建筑物防雷保护技术规范选取的安全保护等级应当满足其防雷需要（《建筑物等级划分》GB 50014—1996及《建筑物防雷设计规范》GB 50018—2001中），可以根据建筑物实际需要，由设计者结合建筑物结构及其特点合理地进行选择。在设计建筑物防雷结构时，应当对建筑物总体进行合理的防雷设计和防雷性评价。合理使用防护设施和装置是防止雷电磁脉冲污染室内设备和破坏电子设备安全运行最基本的原则。根据电子设备种类、电源要求，合理选用防雷电器设备进行电磁干扰屏蔽、电磁辐射屏蔽等综合防雷保护，从而保证通信系统有效运行。

2.3 接地装置及保护设施所用材料符合国家标准（GB/T 3955—2009）的规定

接地体应具有足够的刚度，能够承受高压和冲击；不允许有明显的裂缝、错位；其表面应平整，接地体上应有牢固的接地体与地漏相连；接触电阻不大于5 Ω；接地电阻值不大于4 Ω；电阻率不大于5 Ω。接地电阻值不大于5 Ω，并不是接地安全等级的重要指标，但其值直接影响系统的安全运行和人身、设备的安全防护效果和数据通信的正常运行。接地材料应符合《中华人民共和国建筑法》GB 50183—2004的规定。防雷装置有一定数量的金属物质，以保证良好的接地效果。接地电阻值应符合GB 11848—1992《民用建筑工程电阻率及防护距离测定方法》（GB/T 50297—2009）规定及相关标准的规定。接地装置应具有较好电气性能和结构强度，安装后不易损坏。

3 电力通信信息系统雷电防护技术

电力通信信息系统的防雷设计应采用避雷器、引下线、共接地装置等电位连接，合理布线，在多种措施的共同作用下保障设计的可靠性，同时保障整个电力通信信息系统具有良好的雷电防护效果。

3.1 建筑物外设置避雷器

在雷电活动频繁的地区，电力通信建筑物必须进行防雷设计，针对建筑物外露的金属构件，如外墙接闪器、接闪带等，要采取可靠的避雷措施，以保证其安全、可靠。避雷针安装必须符合国家标准图集规定，使其适用于各种形式的屋顶、墙壁、屋顶接闪器等。需要注意的是，室外导线、电源线和通信线敷设要避免直接接触或相互连通，不可互相穿越，以免发生电磁场过强而影响电路稳定的现象。

如果防雷保护装置与建筑外观不一致，应予以改正。因此，要根据国家《雷电灾害防护技术规范》标准规定，设置建筑物外部避雷技术的适用范围，建筑与防护对象之间应采用金属外壳或钢管等金属结构件进行连接；在施工安装中，应注意避免将接地端子或钢管等金属结构件插入建筑主体结构以外。

3.2 预防电源线路防雷电波侵入

根據防雷装置设计原则，在满足雷电波侵入设备的防雷装置要求前提下，规范安装防雷装置，以有效提升设备防雷水平。首先，要保证变压器接地电阻满足防雷技术规范要求；其次，在变压器低压端安装防雷器；最后，在下一液位线上安装防雷器，实现防雷器与接地网的有效连接。SPD两端连接线需采用短直接方式，避免因导线过长引起电流感应现象。雷电波入侵对象主要是输电线和信号线。针对信号传输网络，信号防雷必不可少[4]。在传输设备的各个端口都应安装信号防雷器。防雷器选型时，除注重设备本身性能检测外，还应注重设备传输速率、插入衰减极限、驻波比、工作电压、工作电流等相关指标检测，确保其运行效率满足设备防雷要求。

3.3 做好接地系统防雷工作

为保护电力通信信息系统免受电磁脉冲（EB）的干扰，减少遭受雷击损坏设备所产生的电磁辐射污染，可在系统接地电位测量中使用地电位测试仪进行测量。在设备接地系统安装后，测量接地电阻。根据测量结果对需要连接到设备外壳、设备本体以及设备之间，以及与设备之间的接地电阻进行比较。在连接上，尽量使用专用连接设备，确保设备和接地体不能与外露金属件（如铁栏杆等）相接触。测试接地电阻时，应尽量采用接地体和接地体连接方式，选择适合的焊接方法和焊接工艺。此外，还应严格按照《防雷减灾技术规范》布置接地系统，不得随意增加建筑物内设备与大地间的相互连接地体，防止因接地失效而引发事故。

3.4 做好通信设备绝缘材料控制

电力通信工程中经常使用金属导线作为绝缘体防止雷电侵入，一般有镀锌钢管、镀锡钢管等。但目前对电力通信设备来说，常用的镀锡焊丝和镀锡镀锌铁丝都是通过化学方法镀上锡等金属制品，通过热喷涂工艺涂饰的。此外，也有用硅橡胶或尼龙做成的用于防止电磁辐射的绝缘材料。随着电网技术的发展和电子技术的进步，电力通信设备已经越来越多地采用了各种新型绝缘材料。目前，市场上常用的材料包括PVC、PE、PVC塑料电缆、金属套管等金属制品和非金属材料。

3.5 做好通信线缆中屏蔽层保护

一般情况下，防雷装置中的屏蔽层是不能直接击穿的。然而，针对一些特殊的应用环境，由于技术上存在一些限制，当雷电脉冲通过屏蔽层时，会引起屏蔽和电力线之间或两者之间的强烈电磁感应。尤其是当雷电侵入通信线缆内，会对其产生严重危害，并使其信号质量受到影响。屏蔽是指通过消除电磁感应作用等途径而将电荷阻隔在外的防护方法，当雷暴侵入通信线缆时，会产生感应电压、感应电流及交流电磁干扰等作用，若在雷电电弧冲击影响下形成强大电磁场，容易造成线缆短路、断线或引起其他电器设备损坏[5]。

通常情况下，雷电活动主要通过架空光缆和其他线路进入电缆内部产生雷电磁场和在电缆之间发生的相互感应，以及电力系统内电缆环带上的电涌电压来实现的，因此，对于绝缘不合格的光缆、电缆及其配件，应在其表面涂敷防锈漆之后，对其进行接地防腐处理，并敷设在金属护套上，必要时，必须断线重新进行接地处理。

3.6 注重仪器设备防雷保护

仪器设备上的接地系统是将其电气线路上的静电感应电流引入大地的防护装置。各地网之间绝缘电阻、地对地干扰、接地电感、接地电阻过冲等接地工程的建设要求较高，若这些要求不能得到满足，就会形成雷电环境。因此，对通信网络中各终端的接地体建设与布线要考虑其接地性能和防雷性能。如果采用地对地隔离方式，则应采用地对地阻抗与电位器的组合方案，将2个独立的地对地阻抗相连接的方法称为“地保护装置+地防护体系”。接地保护装置包括地线、铜排及地脚螺钉、地线绕地导体、地线接地点、接地网网地接点、电感型接地网络、电子接地网络或直流接地网络等。地线的长度要求不小于20 m，地线线绕地导体两端均应安装可靠的接地装置。

3.7 建立健全安全防护体系，做好安全防护措施

按照国家和电力行业的相关标准和规范要求，应加强安全防护工作计划的实施及组织领导，建立健全安全防护体系。要制定系统的安全生产工作计划和应急预案，积极开展安全生产专项检查和技术改造，及时消除安全隐患；加大安全生产管理和技术创新力度，不断提高安全管理水平；加强生产过程的安全风险管控和应急管理能力，为电力通信设备的安全稳定运行提供可靠的保障。落实有关法律法规和标准要求，定期组织技术人员对设备进行检测，定期分析数据，发现问题应及时采取有效措施予以处理；严格执行国家相关法律法规和标准的规定，并采取相应防护措施对雷电活动进行管控；做好安全防护措施，要从设备本身、电源、接地系统、防护技术和防护体系等方面进行综合考虑，尤其是对电力生产自动化系统加强安全技术防护体系建设。要将电力生产及自动化（包括远程控制、视频监控等）系统安全防护体系建设相结合，加强供电技术人员教育培训，使技术人员掌握安全生产知识，增强安全事故防范意识；加大投入完善安全防护体系工作机制、管理机制和责任机制，加强各单位之间的协调配合工作；要健全安全管理体系建设，建立健全安全管理制度和安全保障措施。

3.8 注重等电位连接

机房内开关柜、服务器柜、网络打印设备、路由器、网管工作站柜、监控设备柜、低压配电柜等所有设备均采用等电位连接方式。主机室常用“S”型（星型）和“M”型（栅格型）连接[6]。“S”型采用单点接地方式，“M”型采用多点接地方式。除参考点（ERP）外，辅机室内所有金属构件与共接地系统部件间的绝缘强度需大于10 kV、1.2/50 μs。

4 结束语

在科学技术飞速发展的大背景下，电子信息技术在人们的生产生活中获得了广泛应用。为更好地维持电力通信信息系统运行稳定性与安全性，必须注重雷电防护处理。在明确雷击危害基础上，采用科学有效的技术措施进行预防处理，从避雷器、引下线、接地装置、屏蔽、合理布线等方面入手，通过合理的电力通信信息系统设计，在减少信息系统雷击事故概率的基础上，尽可能提高电力通信信息系统防雷保护的有效性，保障信息系统的安全、稳定运行。

参考文献

[1] 雒新萍，陈雯，李晓磊.电力通信信息系统雷电防护技术探讨[J].农业灾害研究，2022，12（6）：128-130，133.

[2] 陈兴旺，张映霞.建筑物电力通信系统感应雷电的防护技术探讨[C]//第六届中国国际防雷论坛论文摘编.[出版者不详]，2007：501-503.

[3] 丁永恒，韩旭.浅析电力系统的雷电防护[J].通讯世界，2015（21）：168-169.

[4] 吴晓云.电力通信系统的雷电防护问题研究[J].信息系统工程，2015（5）：55.

[5] 叶平，温志波，刘仲达.电力通信系统防雷技术设计应坚持的基本原则和方法[J].价值工程，2015，34（12）：133-136.

[6] 张凯.邯郸电力通信系统防雷技术的应用研究[D].北京：华北电力大学，2014.

责任编辑：黄艳飞

Discussion on Lightning Protection Technology of Power Communication Information System

Jia Yi-fei （Zhoukou Meteorological Bureau， Zhoukou， Henan 466000）

Abstract With the rapid development of electric power communication in the information age， electric power communication information system has gradually penetrated into all aspects of peoples production and life， providing great convenience for peoples production and life. However， electric power communication information system is vulnerable to lightning due to its unique structural characteristics. Therefore， in order to ensure the safety and stability of electric power communication information system. The research and application of lightning protection technology for power communication information system must be further strengthened. Based on the lightning hazard analysis of power communication information system， this study briefly discusses several common lightning protection technologies， hoping to provide reference and guidance for relevant enterprises.

Key words Electric power communication information system; Lightning protection technology; Overvoltage; Arrester

作者簡介 贾逸飞（1989—），男，河南周口人，助理工程师，主要从事雷电防护工作。

收稿日期 2022-11-28