通信工程论文电力通信系统防雷技术设计应坚持的基本原则和方法

　　防雷技术是电子通信系统中都会用到的一项技术，防雷技术在通信系统中也是非常重要的，因为防雷措施一旦没有做好的话就会出现系统瘫痪导致影响正常使用。本文是一篇通信工程论文范文，主要论述了电力通信系统防雷技术设计应坚持的基本原则和方法。
　　摘要：一方面，随着国民经济的发展，智能电网的建设不断深入，电力通信系统的应用日益广泛，重要性不断增加;而另一方面，电力通信系统因其耐雷电过压能力差而容易损坏，造成损失。电力通信系统一旦遭受雷击而出现故障会造成调度中断或系统瘫痪，进而造成大面积停电等事故，因此，对于电力通信而言，雷击的危害是不可忽视和必须解决的。本文作者结合具体实践经验，较全面地总结了在进行电力通信系统防雷设计过程中必须坚持的三个原则：综合防雷原则、科学有效原则和经济实用原则;以期达到保护电力通信系统及其设备的目的。

　　Abstract： On the one hand， with the development of national economy and the deepening construction of smart grid， the electric power communication system is becoming more and more widely applied with increasing importance. On the other hand， electric power communication system is easy to damage and cause losses because of its poor resistance to lightning overvoltage. Once there is lightning strike and failure in electric power communication system， it will cause interruption or dispatching system paralysis， and then causing blackouts and other accidents. Therefore， for the electric power communication， the harm of lightning is not to be ignored and must be solved. Combined with concrete practice experience， this paper sums up the three principles in the process of electric power communication system lightning protection design： integrated lightning protection， scientific and effective and economical， in order to achieve the purpose of protection of electric power communication system and its equipment.

　　关键词：电力,通信系统,防雷,设计,原则

　　Key words： electric power;communication systems;lightning protection;design;principle

　　中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1006-4311(2015)12-0133-04

　　0 引言

　　随着国民经济的发展，电力技术日益提升，并得到广泛的应用。近年来，随着智能电网建设不断深入，电力通信系统应用日益宽泛，重要性不断增加，电力通信设备的集成水平和信息化程度也在不断提高。传统设计中系统/设备耐过电压能力低，雷电过电压以及LEMP的侵入所产生的电磁效应、热效应会造成设备干扰或永久性损坏，其所造成的经济损失是相当惊人的，因此，我们必须采取有效的雷电防御措施，以达到保护电力通信系统及其设备的目的。

　　那么，在进行电力通信系统防雷技术设计时，应坚持哪些原则呢?笔者认为，为防止和减少雷电对电力通信系统的危害，确保电力通信设备的安全运行，在进行电力通信系统防雷技术设计时，必须坚持预防为主、安全第一的原则。

　　具体来说就是在进行电力通信系统防雷技术设计时，应着重坚持综合防雷原则、科学有效原则和经济实用原则。

　　1 在进行电力通信系统防雷技术设计时，应坚持综合防雷原则

　　坚持综合防雷的设计原则，主要解决以下三个方面的问题：

　　1.1 必须弄清楚须进行雷电防护的电力通信系统/设备的空间配置，即有哪些通信系统/设备须进行雷电防护设计。一般来说，电力通信系统/设备所在建(构)筑物、电力通信电源系统、电力通信线缆、数字微波通信系统、程序交换系统、卫星通信系统、电力线载波通信系统及电力会议电视系统均应进行雷电防护设计。

　　1.2 必须弄清楚危害电力通信系统/设备的雷电通道。如图1所示，电力通信系统遭受雷电危害的通道主要有四类：①雷电直击电力通信系统/设备;②雷电电磁脉冲/辐射;③雷电传导;④地电位反击/高电位反击。

　　1.3 必须采取综合防雷措施对电力通信系统/设备进行保护。

　　综合防雷措施应包括外部防雷措施和内部防雷措施两部分(详见图2)。

　　在进行综合防雷措施选择设计时，应重点考虑这些防雷措施所能实现的功能：①接闪功能;②分流功能;③屏蔽作用;④均衡电位;⑤接地效果;⑥合理布线，可减少耦合作用。

　　2 在进行电力通信系统防雷技术设计时，应坚持科学有效性原则

　　坚持科学有效性原则，就是在进行电力通信系统防雷技术设计时，应解决好如下三个方面的问题：

　　2.1 必须根据被保护电力通信系统的具体情况确定其雷电防护等级。

　　进行电力通信系统的防雷技术设计，我们必须先对其进行雷电环境评估，以确定其防护等级。通常情况下，我们可采用两种方法确定电力通信系统的雷电防护等级：一是按电力通信系统重要性及所处地区雷暴日等级划分雷电防护等级，例如位于强雷区(d>90天)的500kV以下电压等级变电站中设置的电力通信系统划分为A级，而位于中雷区(15天0.98时，该电力通信系统应定为A级，而当0.90　　一方面，电力通信系统的构成种类很多，不同的电力通信系统其性能参数是不相同的，例如数字微波通信系统和电力线载波通信系统，其性能参数相差较大，因此，在进行防雷技术设计时，所采用的防雷技术和措施也是不同的。

　　另一方面，在进行电力通信系统防雷技术设计时，必须考虑到采取防雷保护时，不能带来新的安全问题，即应确保被保护电力通信系统工作在EMC(电磁兼容)环境中。

　　2.3 在进行电力通信系统防雷技术设计时，所采用的防雷技术/措施除满足电力通信系统的使用要求外，还必须满足相关国家标准或设计标准的最低要求。

　　由于电力通信系统的构成种类繁多，因此，对于不同类型的电力通信系统，其所采用的防雷措施在性能方面是不相同的，故国家标准的要求均是有差别的。那么，不同类型的电力通信系统的防雷技术应满足哪些最低国家或行业标准要求呢?下面以电力通信系统中的数字微波通信系统为例作一简单论述。

　　数字微波通信系统是目前发电厂、变电站常用的电力通信系统，主要由机房、微波塔和电力变压器三部分构成(如图3所示)。

　　根据数字微波通信系统的特点，其所采用的防雷技术/设施至少应达到如下要求：

　　①防雷接闪器的设置。微波塔、机房和变压器应设置接闪器，使微波天线、机房和变压器处于直击雷防护区(LPZOB)内。

　　②防雷引下线的设置。其一，微波塔接闪器应设置专门的引下线，连接至接地网，引下线材料宜采用40mm×4mm热镀锌扁钢，且其入地点应设在与机房地网不相邻的铁塔地网另一侧。其二，微波通信机房应按第二类防雷建筑物的要求设置直接雷防护措施，其引下线不应少于2根，并应沿机房四周均匀对称布置，其间距沿周长计算不应大于18m。

　　③数字微波站地网的设置。如图3所示，微波站地网由机房建筑物的基础地网、铁塔地网和变压器地网三部分构成，并应满足如下要求：其一，微波站地网、机房地网和变压器地网应每隔3m～5m相互焊接连通一次，并不应少于两处。其二，微波塔地网面积应延伸到塔基四脚外1.5m的范围，其周边应为封闭式。其三，数字微波通信站地网应增设环形专设接地体，环形接地体由水平和垂直接地体组成，水平接地体周边应为封闭式，并与原地网在同一水平面上。环形接地体与原地网应每隔3～5m相互焊接连通一次。其四，数字微波站地网的接地电阻应满足：Ri≤5Ω;高土壤电阻率地区应满足：Ri≤10Ω。

　　④等电位连接的设置。数字微波通信机房应设置等电位连接装置，具体要求如下：其一，在机房入口处，即LPZOA或LPZOB区与LPZ1区交界处应设置总等电位连接端子板(MEB)。MEB与接地装置的连接不应少于两处，且必须注意，弱电MEB和共用地网的连接点与强电MEB和共用地网的连接点在共用地网中的距离L应满足：L≥15m。其二，机房各楼层均应设置楼层等电位连接端子板(FEB)。其三，机房内应围绕机房敷设环形等电位接地母线。其四，机房内应设等电位连接网络，机房等电位连接网络应通过环形等电位接地母线与共用地网连接。其五，机房内设备的金属外壳、机架、线缆金属外层、金属管、槽、走线架、金属门框、地板、防静电接地、安全地、工作地、SPD接地端均应以最短的距离与机房内等电位连接网络作连接。

　　⑤屏蔽体系的设置。电力数字微波通信系统的屏蔽措施应包括空间屏蔽、设备屏蔽和线缆屏蔽，其中空间屏蔽包括建筑物外部钢结构墙体的初级屏蔽和机房内部屏蔽，其具体技术要求如下：其一，机房应选择在建筑物低层中心部位，机房内设备应尽可能远离机房屏蔽体或结构柱。其二，每层设备屏蔽体应采用两根及以上不同长度的连接导体与等电位连接网络连接。其三，机房内部屏蔽可采用六面金属网屏蔽，并做好接地。其四，机房铁门应采用无窗户铁门，并做好接地。其五，机房窗户开孔应采用金属网格屏蔽，并做好接地。其六，电力数字微波通信系统金属芯线缆宜采用双层屏蔽电缆，内层屏蔽做单点接地，而外层屏蔽可在防雷区交界处作多点接地，例如微波塔上的照明电缆线、波导管或同轴电缆的屏蔽层均应采用双层屏蔽，并做好接地。其七，机房设备接地线严禁与接闪器、铁塔、防雷引下线直接连接。

　　⑥布线要求。电力数字微波通信系统金属芯线敷设应符合如下要求：其一，雷电防护等级为A级的机房，其户外线缆宜敷设在金属线槽或金属管道内。其二，线缆路由布线时，应尽量减小由线缆自身形成的感应环路面积。其三，室内布线尽量集中在建筑物的几何中心部位，尽量远离大功率设备/设施和产生强电磁场的设施。其四，金属芯电缆空线对应在配线架上做好接地。其五，当数字微波通信系统采用OPGW光缆布线时，OPGW引下塔至机房之间应换用非金属引下光缆。

　　⑦SPD的安装设计。电力数字微波通信系统设置的SPD应包括强电和弱电两大部分，其中弱电部分包括信号线路SPD和天馈线路用SPD。具体设计要求如下：

　　其一，通信供电电源用SPD的安装设计应满足：1)不同等级机房(A、B、C、D)电源SPD的设计安装位置、性能参数详见表1和表2。2)模块式电源SPD还必须具有遥信、劣化和脱离指示功能;而电源第一级箱式SPD还应具有劣化指示、遥信、过电流保护、雷电记数功能。3)各级SPD之间能量配合要求应满足GB50057-2010第6.4.5条第3款及GB50343-2012第5.4.3条第6款规定。4)SPD与被保护设备之间的配合应符合GB50343-2012第5.4.3条第9、10款的规定。5)SPD两端连接导体应采用铜材，其最小截面积应符合表3的规定。6)当电力通信系统设有UPS时，其交流输入端应设置电源SPD。

　　其二，电力数字微波通信系统信号线路SPD的设计安装应满足：1)信号SPD安装位置、试验类型的选择应符合表4的要求。2)信号SPD的Uc应满足：Uc≥1.2倍线路上最大工作电压。3)信号SPD的Up/f应满足：Up/f≤0.8Uw，其中，Uw为被保护设备的额定冲击耐受电压。4)信号SPD的接地线应采用铜导线，并同时满足表4的最小截面要求。5)信号SPD应根据线路的工作频率、传输速率、传输带宽、工作电压、接地形式和特性阻抗等参数，选择插损小、分布电容小，并与纵向平衡、近端串扰和误码率指标适配的SPD。

　　其三，电力数字微波通信系统天馈线路应设置SPD进行保护。天馈线路SPD应安装在收/发通信设备的射频出入端口处，其各项性能参数选择详见表5所示。

　　3 在进行电力通信系统防雷技术设计时，应坚持经济实用原则

　　电力通信系统的防雷设计，在确认所采用的防雷措施符合系统使用要求和国家标准规定的前提下，还应做到投资的经济合理，即须坚持经济实用的原则。

　　电力通信系统所采用的防雷设施的成本效益可按如下方法确定：

　　设 S――防雷设施投资后年平均节省的费用;

　　CM――防雷设施的年平均费用;

　　i――利率;

　　b――折旧率;

　　w――维护费率;

　　CP――防雷设施的总费用;

　　CR――在有防雷措施的情况下，剩余损失的总价值;

　　CZ――全部损失(未安装防雷设施)。

　　则S=CZ-(CM+CR)(1)

　　其中CM=CP・(i+b+w)(2)

　　根据(1)式，可得出如下结论：

　　①若S>0，则所采取的防雷措施是经济合理的;

　　②若≤0，则所采取的的防雷措施是经济不合理的。

　　因此，在进行电力通信系统防雷设计时，所选择的防雷措施应确保S>0，这样的投资才是经济合理的。

　　综上所述，我们在进行电力通信系统防雷设计时，理清电力通信系统的空间配置及其遭受雷电骚扰的通道和应采取的综合防雷措施，解决系统/设备耐过电压能力低，雷电过电压以及LEMP的侵入所产生的电磁效应、热效应造成的设备干扰或永久性损坏，保护电力通信系统及其设备。

　　参考文献：

　　[1]GB50057-2010，建筑物防雷设计规范[S].

　　[2]GB50343-2012，建筑物电子信息系统防雷设计规范[S].

　　[3]GB50601-2010，建筑物防雷工程施工与质量验收规范[S].

　　[4]GB50689-2011，通信局站防雷与接地工程设计规范[S].

　　[5]CECS341：2013，电力通信系统防雷技术规程[S].
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