0 引言

某供電公司調(diào)度交換系統(tǒng)自投運后一直穩(wěn)定運行,從未因惡劣天氣造成大范圍設(shè)備損壞或調(diào)度中斷事故。2012年,該公司對調(diào)度大樓進行裝修改造后,公司地調(diào)監(jiān)控室部分調(diào)度臺2次在雷暴雨天氣出現(xiàn)故障,與調(diào)度交換機通信異常,影響電網(wǎng)正常調(diào)度。2次故障共造成8臺調(diào)度臺損壞,維修費用約20萬。

 1 事故現(xiàn)場勘察及處理

1.1 現(xiàn)場設(shè)備損壞情況

通信專業(yè)人員第一時間趕赴現(xiàn)場查看,發(fā)現(xiàn)調(diào)度臺故障情況如下：

1）故障調(diào)度臺外觀未發(fā)現(xiàn)異常;

2）調(diào)度臺與調(diào)度交換機通信異常,現(xiàn)象1是部分故障調(diào)度臺左右2個手柄均聽不到撥號音,現(xiàn)象2是部分故障調(diào)度臺僅一側(cè)手柄聽不到撥號音。

3）搶修人員對故障調(diào)度臺進行重啟操作,但故障現(xiàn)象依然存在。

為保障電網(wǎng)調(diào)度工作的正常運行,及時恢復調(diào)度臺功能,搶修人員遵循“先搶通、后修理”的原則,采用對故障調(diào)度臺進行逐一更換的方法,通過對新?lián)Q調(diào)度臺重新下發(fā)數(shù)據(jù),恢復了調(diào)度臺原有功能。

1.2 現(xiàn)場環(huán)境

該供電公司電網(wǎng)調(diào)度控制中心設(shè)有配調(diào)和地調(diào)監(jiān)控2個調(diào)度室,分別位于調(diào)度大樓的9層和10層（頂層）,運行有15臺調(diào)度臺,其中10層地調(diào)監(jiān)控室11臺,9層配調(diào)室4臺。對比大樓裝修引起的環(huán)境變化發(fā)現(xiàn)：在大樓裝修之前,地調(diào)監(jiān)控室的窗戶采用普通型雙層鋁合金窗,單扇窗體面積為1 000 mm×600 mm。而裝修改造后,單扇窗戶面積增加為1 500 mm×2 500 mm。

據(jù)當值調(diào)度員回憶,2次事故發(fā)生前,在調(diào)控室南窗戶前上方50 m左右有強響雷發(fā)生。雷電出現(xiàn)后,故障調(diào)度臺全部集中在大樓10樓地調(diào)監(jiān)控室,而處于9樓的配調(diào)室內(nèi)的4臺調(diào)度臺完好無損。在10樓地調(diào)監(jiān)控室,故障調(diào)度臺絕大多數(shù)分布在靠南邊的窗戶附近,遠離窗戶的調(diào)度臺完好無損。

1.3 現(xiàn)場防雷措施檢查

該大樓建造時屋頂架設(shè)了避雷裝置,敷設(shè)了閉合均壓網(wǎng)并與接地網(wǎng)連接等一系列防直擊雷措施,多年來從未發(fā)生過雷擊事故。通信專業(yè)人員對于此次調(diào)度臺事故高度重視,事后專門組成隱患排查整改小組,對調(diào)度臺電源、接地和接線等環(huán)節(jié)的防雷情況進行了逐一排查。

發(fā)現(xiàn)：調(diào)度臺接地正常;地調(diào)監(jiān)控室接地系統(tǒng)正常;室內(nèi)其他電子設(shè)備正常;調(diào)度臺的供電電源具有完備的防雷措施;調(diào)度臺2B+D和錄音接口對外連接的電纜加裝的過壓保安器正常。

 2 事故原因分析

2.1 雷擊的危害

雷電是一種局部的強烈的自然災(zāi)害性現(xiàn)象。雷電發(fā)生時,雷云中的能量在極短的時間內(nèi)釋放出來,從而產(chǎn)生強大的雷擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波和強烈的電磁輻射等綜合物理效應(yīng),對建筑物、電子電氣設(shè)備等造成傷害^[1-6]。

雷電的危害分為直擊雷和感應(yīng)雷^[7-10]。現(xiàn)代建筑一般具有完善的避雷系統(tǒng),建筑外墻及避雷系統(tǒng)對室內(nèi)電子設(shè)備做了第一道有效防護。所以,室內(nèi)電子設(shè)備基本不會受到直擊雷的危害。其受雷電干擾的途徑有以下幾種（見圖1）。

1）雷電直擊連接建筑物的各種金屬管線或附近其他物體,在金屬管線上產(chǎn)生過電壓,并經(jīng)過金屬管線引入室內(nèi)電子設(shè)備^[11]。

2）雷電直擊建筑物的避雷系統(tǒng),強大的雷電流沿建筑物的泄雷系統(tǒng)流向地面的過程中對室內(nèi)電子設(shè)備產(chǎn)生過電壓干擾^[12];而且流入的雷電流還會引起建筑物接地裝置的地電位的升高,有可能造成對電子設(shè)備的反擊^[13]。

3）雷電電磁波通過輻射方式從建筑物的外部穿透建筑物的屏蔽體而在室內(nèi)電子系統(tǒng)中產(chǎn)生過電壓干擾^[14-15]。

圖1 雷電對室內(nèi)電子系統(tǒng)的干擾途徑Fig.1 The interference way of lightning on indoor electronic system

2.2 調(diào)度臺防雷性能分析

調(diào)度臺是電網(wǎng)調(diào)度系統(tǒng)的終端設(shè)備,為調(diào)度員提供操作界面,是調(diào)度員收發(fā)調(diào)度命令、完成電網(wǎng)調(diào)度的重要設(shè)備。調(diào)度臺的防雷工作具有一定的困難。

1）調(diào)度臺通常根據(jù)實際需要分布在不同的環(huán)境中。針對不同的環(huán)境需要制定相應(yīng)的防雷措施,而環(huán)境的差異為調(diào)度臺的防雷工作帶來一定的困難。

2）調(diào)度臺與外部連線較多,包括2B+DU口線、錄音線、電源線等。雷電產(chǎn)生的高壓會沿著未經(jīng)防護的線路進入調(diào)度臺,造成設(shè)備損壞。所以,調(diào)度臺各線路的接地、防雷工作尤未重要。

3）調(diào)度臺元件多采用集成電路（IC）,過電壓耐受能力差,對電磁干擾敏感,容易受到雷電的影響,損毀調(diào)度臺功能。

分析2次事故發(fā)生時的共同特點,調(diào)度室內(nèi)除調(diào)度臺發(fā)生故障外,室內(nèi)其他40余臺電子設(shè)備（如計算機終端、顯示器、調(diào)度大屏等）均無異常,地調(diào)監(jiān)控室的防雷接地系統(tǒng)也均符合規(guī)范要求。所以,調(diào)度臺自身防雷性能較弱也是此次事故發(fā)生的原因之一。

2.3 樓體改造引起防雷環(huán)境的改變

此次事故僅造成10樓地調(diào)監(jiān)控室部分調(diào)度臺故障。通過對地調(diào)監(jiān)控室周邊環(huán)境進行勘察,發(fā)現(xiàn)故障調(diào)度臺與非故障調(diào)度臺的電源均來自同一UPS電源,且該UPS電源具有完備的防雷措施;故障調(diào)度臺與非故障調(diào)度臺的錄音系統(tǒng)、2B+D線均從公司通信機房經(jīng)地下管線引入,未暴露于室外,且屏蔽層接地良好,并加裝保安模塊。所以,基本可以排除電源線、錄音線、2B+D線等連線引入雷電波造成此次故障。

在該大樓裝修改造之前的十幾年,調(diào)度臺在運行過程中從未發(fā)生過因雷電天氣引起的故障。通信專業(yè)人員仔細對比了地調(diào)監(jiān)控室由大樓裝修引起的變化,發(fā)現(xiàn)地調(diào)監(jiān)控室窗戶單體面積由原來的
1 000 mm×600 mm增大至1 500 mm×2 500 mm,鋁合金窗戶框架密集度大幅降低。分析此次雷擊事故是由雷電感應(yīng)電磁場從窗戶輻射進室內(nèi)引起。

鋁合金窗戶框架是良導體,對電磁波具有反射、吸收作用,雷電電磁波穿過鋁合金窗體時,其強度會被削弱。而窗戶玻璃是不良導體,對雷電電磁波的阻擋作用有限。多扇鋁合金窗戶框架形成金屬網(wǎng)格,金屬網(wǎng)格的尺寸越大,其對雷電的防護作用越弱,室內(nèi)設(shè)備受雷擊影響的概率越大。

大樓裝修改造前,由于單扇鋁合金窗戶面積較小,框架較為密集,對雷電電磁波起到了一定的防護作用,削弱了雷電電磁波到達調(diào)度臺時的強度,而其強度未達到損壞調(diào)度臺的臨界值,因此在過去十幾年期間,未發(fā)生過由雷電而引起調(diào)度臺故障。大樓裝修改造后,窗戶面積增大,鋁合金窗戶框架密集度較裝修前大幅度降低（約6倍）,一定程度上降低了對雷電電磁波的阻擋作用,使雷電電磁波到達調(diào)度臺時的強度有所增加,其強度值達到了調(diào)度臺的抗電磁感應(yīng)強度,導致調(diào)度臺元器件受損,調(diào)度臺故障。

 3 整改措施

3.1 增強調(diào)度室窗戶防護性能

良好的接地是防雷中至關(guān)重要的一環(huán),接地電阻值越小過電壓值越低,保障地調(diào)監(jiān)控室窗戶良好接地,可以有效減弱雷電感應(yīng)對室內(nèi)設(shè)備的影響。將處于10樓的地調(diào)監(jiān)控室整層所有窗戶全部采用25 mm²編織銅帶均壓接地（見圖2）,形成避雷帶,泄流雷電感應(yīng)電流,降低雷電感應(yīng)強度。該措施有效削弱了雷電磁波到達調(diào)度臺的強度,大大降低了調(diào)度臺遭受雷擊的可能性,提高了通信對電網(wǎng)調(diào)度的保障能力。

圖2 窗體均壓帶安裝示意Fig.2 Installation diagram of the ring conductor of window

3.2 增強調(diào)度臺防雷性能

為增強調(diào)度臺的防雷性能,可以從以下幾方面做出改進：

1）做好公司各調(diào)度控制室調(diào)度臺防雷接地的排查整改工作,保障各調(diào)度臺良好接地,使得雷擊時雷電流迅速導入大地,有效抑制雷擊干擾;

2）為調(diào)度臺做好有效的浪涌保護,將原始雷電威脅值減小至調(diào)度臺的浪涌承受能力范圍內(nèi),保護調(diào)度臺內(nèi)部電路;

3）在保證調(diào)度人員使用便捷的前提下,合理調(diào)整調(diào)度臺的位置,使其遠離窗口等雷電危險區(qū),保證調(diào)度臺遠離感應(yīng)雷危害。

3.3 提高防雷意識,做好事故預案

雷電的防護涉及范圍廣、影響范圍大,要有效解決該問題還得從思想上重視雷擊的危害,提升日常維護工作中的防雷意識。

1）機房建設(shè)、改造應(yīng)充分考慮防雷性能,嚴格遵照相關(guān)規(guī)程。從接地與均壓、屏蔽、限幅、隔離等各方面全面考慮通信機房的防雷問題。

2）雷雨季節(jié)前加強對通信機房、通信設(shè)備的巡視,提早發(fā)現(xiàn)、及時整改問題,防患于未然。

3）加強部門間協(xié)同工作,在日常生產(chǎn)工作中充分考慮電子設(shè)備的安全,對雷電的危害進行提前預判,在遵循防雷基本技術(shù)規(guī)范、規(guī)定的基礎(chǔ)上,綜合各種因素,做到針對性處理和防范。

 4 結(jié)語

以上一系列防雷措施有效解決了該公司調(diào)度臺的防雷問題,在之后的雷雨天氣中調(diào)度臺運行穩(wěn)定,沒有再發(fā)生調(diào)度臺雷擊故障事件,減少了不必要的經(jīng)濟損失,保證了電網(wǎng)調(diào)度的有序進行和電網(wǎng)安全。

雷電感應(yīng)不是一個嶄新的課題,但卻是一個很難徹底解決的問題。打雷的形式千差萬別,有高空雷、地滾雷、穿墻雷等等,而且各種雷的強度也不一樣,且由于電子產(chǎn)品所處地理位置、環(huán)境和外接電纜防護措施等不一樣,因此遭受雷電感應(yīng)的結(jié)果也不一樣,必須具體事情具體分析、具體解決。總之設(shè)備防雷必須在遵循防雷基本技術(shù)規(guī)范、規(guī)定的基礎(chǔ)上,特殊情況特殊處理,綜合各種因素,做到針對性處理和防范,才能有效解決問題。