通信机房遭雷击分析及改进

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     雷电是年复一年的严重自然灾害之一。随着我国现代化建设的不断提高，通信设备越来越多，规模越来越大。一方面大型电子计算机网络、程控交换机等系统设备耐过电流、耐雷电压的水平越来越低；另一方面由于信号来源路径增多，系统较以前更容易遭受雷电波的侵入，致使雷电灾害频繁发生。据统计，雷电对通信设备的损害，占通信设备损坏因素的比例高达33%，通信设备防雷已成为一项迫切要求。

　　 对一起通信机房遭雷击事件进行分析，目的是引起各位同行对通信防雷的高度重视，并通过分析提供一些防雷经验。

1 故障现象

　　 2006年3月22日下午4点10分至5点，电闪雷鸣，风雨交加，某市电业局通信机房交换机来回启动，不能恢复，造成通信中断。与此同时，位于相邻大楼的运行管理所，楼内的95598客户呼叫中心，通信也造成中断。

　　 该次雷击共造成50多万元的通信、信息设备损坏。损坏的通信元件大多都是与电源有关的部件，如交换机的2M板、一部分子框接口等。在现场检查了一块损坏的2M板，其插板方向的芯片上方有1 cm宽、4 cm长的深褐色痕迹，用手摸有油滑感，且有黑色粉末，这块板的运行年限已达10年以上。

事后对通信大楼2楼机房接地网，5楼负荷控制中心地网，运行管理所内95598客户呼叫中心接地网进行复测，测得主地网接地电阻为0.33Ω，小于0.5Ω,属于合格范围。排除了主接地网不合格造成通信设备损坏的原因。

2 故障原因分析

2.1 低压电源引雷入室

　　 通信机房遭雷击的来源有直击雷、感应雷和传导雷三方面。直击雷是雷电直接击在建筑物、构架、树木、动植物上，由于电效应、热效应和机械效应等混合作用，直接摧毁建筑物，构筑物以及引起人员伤亡等。直击雷有可能使机房微电子设备遭受浪涌过电压的危害；感应雷是指雷云之间或雷云对地之间的放电，而在附近的架空线路、地埋线路、金属管线或类似的传导上产生感应电压，该电压通过传导体传送到设备，间接摧毁微电子设备；传导雷是雷电击中电力或信息通信线路，然后沿着传输线路侵入设备。其中地电位反击也是传导雷的一种。

　　 从这次雷击元件损坏情况看，损坏的是与电源有关部件，信道机部分没有损坏，说明与直击雷无关，而与传导雷有关。从该通信机房的进出线可知，该机房的通信线都是光纤，故判断380 V电源进线为雷电侵入途径。

　　 雷电流侵入的路径大致为通信大楼的交流电源，由10 kV架空线路送入，事发当时电力局及附近雷击频繁，由于10 kV架空线路经过的地域广，其遭受直击雷和感应雷的几率相当大。当10 kV线路落雷时，雷电沿线路侵入电力局的配电变压器，配电变压器的高压侧避雷器动作，在配电变压器的接地电阻上产生压降。雷电流以5 kA计（5 kA雷电流出现的概率大于86%），配电变的接地电阻以3 Ω计，则接地电阻上的压降为15 kV。

　　 通信大楼供电的配电变压器，其380 V侧没有安装低压避雷保护，低压屏的各路380 V出线也没有安装低压避雷器。由于配电变压器低压侧无避雷器保护，这一压降作用在配电变压器低压侧中性点上，而低压侧出线此时相当于经导线波阻接地，低压绕组的阻抗远大于波阻抗，故压降的绝大部分都加在低压绕组上。

10 kV架空线遭感应雷击后，变压器380 V侧产生进波过电压，且随交流电源进入机房，因它具有零序的性质，故经通信机房整流变压器一、二次绕组间的电容，耦合到通信电源直流+48 V端。由于 +48 V错误地经7～8 m长引线接机房的地，而不是按建筑防雷规范的要求，以最短的路径接地。这段引线在雷电波作用下，相当于经电感接地。

　　 由于机房内的48 V正极与地母线之间出现了冲击电位差，48 V正极电位的振荡变化，使得通信机上脆弱的集成电路元件损坏。特别是对于运行年久的2 M板，更易损坏。

2.2 机房地母线与主接地网只有一点连接

　　 通信机房的地母线与主网只有一点相连，五楼负荷控制中心的地母线也一样；运行管理所大楼本身没有接地网，位于该楼内的95598用户呼叫中心机房的地母线的接地，是从大楼地网通过一根扁钢引来的。改造前接地网如图1所示。这样的接地连接不符合DL 548-94《电力系统通信站防雷接地运行管理规程》中“机房地母线与地网，不得少于4点对称布置的连接”要求。

　　通信机房380 V电源N线接地；48 V压敏电阻接地端没有直接接地，而是接在+48 V端，而+48 V端点与地的连接线长达7～8 m。95598机房的工作接地线没有以最短的距离接地，而是将过长的线缠绕多圈之后再接地。这样，当雷电侵入时，将在这多圈电感上形成压降，导致电位分布不均匀，引起弱电元件闪路。

3 改进措施

3.1 通信机房与主地网进行多点连接

　　 从主地网引4条对称布置的连接线与通信机房环形地网对称布置连接，连接线用L40×4热镀锌扁钢。同时从二楼通信机房屋外的上述对称布置的L40×4扁钢，引4条连接线与负荷控制中心机房地网相连。

95598用户呼叫中心机房的网，设在运行管理所大楼的二楼，在运行管理所大楼四周的草坪上，加做一个闭合的环形地网。该地网由水平电极和垂直电极共同组成，水平电极用L40×40热镀锌扁钢，埋深0.6～0.8 m，组成闭合环路。在闭合环上，每隔6～8 m焊一垂直接地级。垂直接地极采用L40×50 ×5热镀锌角钢，每根长度为2.5 m，垂直打入地中。为保证地网接地电阻符合规程要求和电位均衡，从大楼主接地网引4条对称布置的连接线，与所加地网对称布置连接。然后，再将这4条引线的接入点，通过连接线引入二楼95598机房的环形地母线。改造后的接地网如图2所示。

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3.2 完善机房地网内的防雷接地

　　 通信机房地网做成闭合环形。同时机房内各种电缆的金属外皮，设备的金属外壳和不带电的金属部分，各种金属管道、金属门框等建筑物金属结构、金属进风管、走线架、滤波器架等，以及保护接地、工作接地、交流电源N线均以最短距离，与机房内的环形接地母线连接。进、出机房的电缆全部采用有金属屏蔽层的电缆，其金属屏蔽分别与机房的地网相连。

3.3 机房内配电屏的交、直流电源加装过电压保护装置

　　 对通信大楼10 kV配电变压器的低压桩头（380V侧）和低压配电室与开关屏中的隔离开关下端（靠用户侧），三相对地加装Y1.5W-0.28金属氧化物避雷器。直流电源加装压敏电阻保护，压敏电阻起始动作电压，不应大于直流电源电压最大值的1.3倍。压敏电阻的接地端应以最短的距离直接接在地母线上。

4 结束语

　　 这次雷击的主要原因是通信机房与主接地网单点连接，同时低压电源无过电压保护装置。通过加装避雷器和重新敷设接地网等改进措施，目前已基本解决了该电业局通信机房防雷的薄弱环节，达到了亡羊补牢的效果。各通信机房维护单位应借鉴该经验，对照各种防雷规程，检查本单位通信接地网的布置是否合理，是否装设了合格的避雷器，避免造成更多的通信设备雷击损坏，确保人民的生命和财产安全。

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