0 引言

某供電公司調(diào)度交換系統(tǒng)自投運(yùn)后一直穩(wěn)定運(yùn)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(duì)調(diào)度大樓進(jìn)行裝修改造后,公司地調(diào)監(jiān)控室部分調(diào)度臺(tái)2次在雷暴雨天氣出現(xiàn)故障,與調(diào)度交換機(jī)通信異常,影響電網(wǎng)正常調(diào)度。2次故障共造成8臺(tái)調(diào)度臺(tái)損壞,維修費(fèi)用約20萬(wàn)。

 1 事故現(xiàn)場(chǎng)勘察及處理

1.1 現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備損壞情況

通信專(zhuān)業(yè)人員第一時(shí)間趕赴現(xiàn)場(chǎng)查看,發(fā)現(xiàn)調(diào)度臺(tái)故障情況如下：

1）故障調(diào)度臺(tái)外觀未發(fā)現(xiàn)異常;

2）調(diào)度臺(tái)與調(diào)度交換機(jī)通信異常,現(xiàn)象1是部分故障調(diào)度臺(tái)左右2個(gè)手柄均聽(tīng)不到撥號(hào)音,現(xiàn)象2是部分故障調(diào)度臺(tái)僅一側(cè)手柄聽(tīng)不到撥號(hào)音。

3）搶修人員對(duì)故障調(diào)度臺(tái)進(jìn)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(yùn)行,及時(shí)恢復(fù)調(diào)度臺(tái)功能,搶修人員遵循“先搶通、后修理”的原則,采用對(duì)故障調(diào)度臺(tái)進(jìn)行逐一更換的方法,通過(guò)對(duì)新?lián)Q調(diào)度臺(tái)重新下發(fā)數(shù)據(jù),恢復(fù)了調(diào)度臺(tái)原有功能。

1.2 現(xiàn)場(chǎng)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(gè)調(diào)度室,分別位于調(diào)度大樓的9層和10層（頂層）,運(yùn)行有15臺(tái)調(diào)度臺(tái),其中10層地調(diào)監(jiān)控室11臺(tái),9層配調(diào)室4臺(tái)。對(duì)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(hù)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(hù)面積增加為1 500 mm×2 500 mm。

據(jù)當(dāng)值調(diào)度員回憶,2次事故發(fā)生前,在調(diào)控室南窗戶(hù)前上方50 m左右有強(qiáng)響雷發(fā)生。雷電出現(xiàn)后,故障調(diào)度臺(tái)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(tái)調(diào)度臺(tái)完好無(wú)損。在10樓地調(diào)監(jiān)控室,故障調(diào)度臺(tái)絕大多數(shù)分布在靠南邊的窗戶(hù)附近,遠(yuǎn)離窗戶(hù)的調(diào)度臺(tái)完好無(wú)損。

1.3 現(xiàn)場(chǎng)防雷措施檢查

該大樓建造時(shí)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(lái)從未發(fā)生過(guò)雷擊事故。通信專(zhuān)業(yè)人員對(duì)于此次調(diào)度臺(tái)事故高度重視,事后專(zhuān)門(mén)組成隱患排查整改小組,對(duì)調(diào)度臺(tái)電源、接地和接線等環(huán)節(jié)的防雷情況進(jìn)行了逐一排查。

發(fā)現(xiàn)：調(diào)度臺(tái)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(tái)的供電電源具有完備的防雷措施;調(diào)度臺(tái)2B+D和錄音接口對(duì)外連接的電纜加裝的過(guò)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(qiáng)烈的自然災(zāi)害性現(xiàn)象。雷電發(fā)生時(shí),雷云中的能量在極短的時(shí)間內(nèi)釋放出來(lái),從而產(chǎn)生強(qiáng)大的雷擊電流、熾熱的高溫、猛烈的沖擊波和強(qiáng)烈的電磁輻射等綜合物理效應(yīng),對(duì)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(duì)室內(nèi)電子設(shè)備做了第一道有效防護(hù)。所以,室內(nèi)電子設(shè)備基本不會(huì)受到直擊雷的危害。其受雷電干擾的途徑有以下幾種（見(jiàn)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(guò)電壓,并經(jīng)過(guò)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(qiáng)大的雷電流沿建筑物的泄雷系統(tǒng)流向地面的過(guò)程中對(duì)室內(nèi)電子設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電壓干擾^[12];而且流入的雷電流還會(huì)引起建筑物接地裝置的地電位的升高,有可能造成對(duì)電子設(shè)備的反擊^[13]。

3）雷電電磁波通過(guò)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(guò)電壓干擾^[14-15]。

圖1 雷電對(duì)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(tái)防雷性能分析

調(diào)度臺(tái)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(tái)的防雷工作具有一定的困難。

1）調(diào)度臺(tái)通常根據(jù)實(shí)際需要分布在不同的環(huán)境中。針對(duì)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(tái)的防雷工作帶來(lái)一定的困難。

2）調(diào)度臺(tái)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(huì)沿著未經(jīng)防護(hù)的線路進(jìn)入調(diào)度臺(tái),造成設(shè)備損壞。所以,調(diào)度臺(tái)各線路的接地、防雷工作尤未重要。

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

分析2次事故發(fā)生時(shí)的共同特點(diǎn),調(diào)度室內(nèi)除調(diào)度臺(tái)發(fā)生故障外,室內(nèi)其他40余臺(tái)電子設(shè)備（如計(jì)算機(jī)終端、顯示器、調(diào)度大屏等）均無(wú)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(tái)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(tái)故障。通過(guò)對(duì)地調(diào)監(jiān)控室周邊環(huán)境進(jìn)行勘察,發(fā)現(xiàn)故障調(diào)度臺(tái)與非故障調(diào)度臺(tái)的電源均來(lái)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(tái)與非故障調(diào)度臺(tái)的錄音系統(tǒng)、2B+D線均從公司通信機(jī)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(tái)在運(yùn)行過(guò)程中從未發(fā)生過(guò)因雷電天氣引起的故障。通信專(zhuān)業(yè)人員仔細(xì)對(duì)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(hù)單體面積由原來(lái)的
1 000 mm×600 mm增大至1 500 mm×2 500 mm,鋁合金窗戶(hù)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(chǎng)從窗戶(hù)輻射進(jìn)室內(nèi)引起。

鋁合金窗戶(hù)框架是良導(dǎo)體,對(duì)電磁波具有反射、吸收作用,雷電電磁波穿過(guò)鋁合金窗體時(shí),其強(qiáng)度會(huì)被削弱。而窗戶(hù)玻璃是不良導(dǎo)體,對(duì)雷電電磁波的阻擋作用有限。多扇鋁合金窗戶(hù)框架形成金屬網(wǎng)格,金屬網(wǎng)格的尺寸越大,其對(duì)雷電的防護(hù)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(hù)面積較小,框架較為密集,對(duì)雷電電磁波起到了一定的防護(hù)作用,削弱了雷電電磁波到達(dá)調(diào)度臺(tái)時(shí)的強(qiáng)度,而其強(qiáng)度未達(dá)到損壞調(diào)度臺(tái)的臨界值,因此在過(guò)去十幾年期間,未發(fā)生過(guò)由雷電而引起調(diào)度臺(tái)故障。大樓裝修改造后,窗戶(hù)面積增大,鋁合金窗戶(hù)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(duì)雷電電磁波的阻擋作用,使雷電電磁波到達(dá)調(diào)度臺(tái)時(shí)的強(qiáng)度有所增加,其強(qiáng)度值達(dá)到了調(diào)度臺(tái)的抗電磁感應(yīng)強(qiáng)度,導(dǎo)致調(diào)度臺(tái)元器件受損,調(diào)度臺(tái)故障。

 3 整改措施

3.1 增強(qiáng)調(diào)度室窗戶(hù)防護(hù)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(guò)電壓值越低,保障地調(diào)監(jiān)控室窗戶(hù)良好接地,可以有效減弱雷電感應(yīng)對(duì)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(hù)全部采用25 mm²編織銅帶均壓接地（見(jiàn)圖2）,形成避雷帶,泄流雷電感應(yīng)電流,降低雷電感應(yīng)強(qiáng)度。該措施有效削弱了雷電磁波到達(dá)調(diào)度臺(tái)的強(qiáng)度,大大降低了調(diào)度臺(tái)遭受雷擊的可能性,提高了通信對(duì)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(qiáng)調(diào)度臺(tái)防雷性能

為增強(qiáng)調(diào)度臺(tái)的防雷性能,可以從以下幾方面做出改進(jìn)：

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

2）為調(diào)度臺(tái)做好有效的浪涌保護(hù),將原始雷電威脅值減小至調(diào)度臺(tái)的浪涌承受能力范圍內(nèi),保護(hù)調(diào)度臺(tái)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(tái)的位置,使其遠(yuǎn)離窗口等雷電危險(xiǎn)區(qū),保證調(diào)度臺(tái)遠(yuǎn)離感應(yīng)雷危害。

3.3 提高防雷意識(shí),做好事故預(yù)案

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

1）機(jī)房建設(shè)、改造應(yīng)充分考慮防雷性能,嚴(yán)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(jī)房的防雷問(wèn)題。

2）雷雨季節(jié)前加強(qiáng)對(duì)通信機(jī)房、通信設(shè)備的巡視,提早發(fā)現(xiàn)、及時(shí)整改問(wèn)題,防患于未然。

3）加強(qiáng)部門(mén)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(duì)雷電的危害進(jìn)行提前預(yù)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(duì)性處理和防范。

 4 結(jié)語(yǔ)

以上一系列防雷措施有效解決了該公司調(diào)度臺(tái)的防雷問(wèn)題,在之后的雷雨天氣中調(diào)度臺(tái)運(yùn)行穩(wěn)定,沒(méi)有再發(fā)生調(diào)度臺(tái)雷擊故障事件,減少了不必要的經(jīng)濟(jì)損失,保證了電網(wǎng)調(diào)度的有序進(jìn)行和電網(wǎng)安全。

雷電感應(yīng)不是一個(gè)嶄新的課題,但卻是一個(gè)很難徹底解決的問(wèn)題。打雷的形式千差萬(wàn)別,有高空雷、地滾雷、穿墻雷等等,而且各種雷的強(qiáng)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(hù)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(duì)性處理和防范,才能有效解決問(wèn)題。