高山微波站的防雷改造及效果

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1、高山微波站的防雷改造及效果高山微波站的防雷改造及效果技术支援中心 袁宪章 引言 雷电的危害属于自然灾害，以预防为主。一般来说，北方雷电日比南方少，长江以南年平 均雷电日大于 40 日，长江以北年平均雷电日大约 15?0 日，但具体到某一个地区特殊情况， 不一尽然，依据地形、地貌的不同而定，有的局部地区的雷害亦不亚于南方。近几年来， 雷害对现代化电子设备危害很大，人们纷纷起来研究，各种防雷产品也应运而生。究其原 因主要有两点：一是人们现在已步入信息时代，全程网络化管理，一个局(站)设备遭雷击， 影响全网正常运行，严重时会使计算机系统数据丢失，程序混乱，甚至于整体电路瘫痪， 由于其相互依赖性很大，

2、影响面广，所以务必重视。二是现代化电子设备中采用了大规模 集成电路，其工作电压只有几伏(典型工作电压值 5V)，抗雷电冲击能力大大降低，设备很 容易遭受雷电过电压的冲击而击穿损坏。 六十年代，电子设备一般使用电子管，其抗冲击电压为几百伏，甚至上千伏，对通信机房 在防雷电、防静电方面无特殊要求。而今天的数字微波机房则必须考虑防静电措施，对机 房的温度、湿度进行严格控制，值机维护人员在操作时必须戴防静电手链，以免人身上的 静电击穿损坏机盘。通信设备的防雷性能的好坏直接影响到传输的质量。因此，认真对待 通信设备的雷击防止护问题，便 成为各级领导引为注意的事情。 微波站为中继通信，尤其高山微波站遭受雷

3、击的机率更高，因它建于海拔几百米，甚至上 千米的山顶，天线有的架设在机房顶部，有的在山顶上建立一座几十米的铁塔，因地势高， 加之土质差(多为岩石结构)，地阻率高，地网难做等因素，高山微波站在防雷上难度更大 些。如何做好高山微波站的防雷，就具有了典型性。 一、雷电危害对我省微波通信的影响 我省位于长江以北，较南方雷电所造成的危害少些，对雷电的防护工作也比较重视，但设 备遭雷击的现象还是时有发生，有时一年会发生几次。现仅举近几年的事故，可见其严重 性：97 年 5 月 24 日，石-唐数字微波林南仓站发生雷击，造成 RTU 数据桥及外围控制损 坏，收 R8 站发 R6 站二波道告警(在微波设备损坏

4、的同时，邮电支局机房整流器停机，程 控电话中断)，造成数万元损失；94 年 8 月京-沈微波承德县站遭受雷击，电力电源配电屏 保险烧断，生活区 30 米电源线烧毁，一台电视机烧坏，二个日光灯管炸碎；97 年 4 月 31 日承德市内站遭雷击，电力高压线路终端杆落下一个火球，击坏微波监控前端机盘和监控 主机；98 年 6 月，027 高山微波站遭雷击，电力交流配电屏上的继电器、断相保护器均被 烧坏；同时 9 月该站又遭雷击，烧坏电源盘一部，电话机 4 部，市电倒换出现故障，供不 上市电；98 年 9 月 14 日，石-涞 SDH 数字微电路白石山站，(海拔 2090 米，无人站)遭雷 击，烧坏电

5、源自动控制盘、ATTC 盘，调制盘 2 块；99 年 5 月 26 日、8 月 3 日又是白石山 站，连续遭受雷击二次，损坏 PCU 盘、SCU 盘、ATTC 盘、调制解调盘等设备，从以上例 举的事例来看，雷害不单给我们造成直接经济损失(被损的机盘有些属进口设备，维修费用 较高)，而且直接威胁着电路正常运行的安全。我省地处京、津外围，有不少微波站，其中 有些是高山站，是多方向的高山微波站，电路一旦中断，传向山东、上海、福建、广东、 云南、四川等地的中央一套电视节目就要中断，将影响北京以南大半个中国的通信。影响 之大，不允许我们有半点粗心大意。从实事和经验中知道，高山微波站雷击较平原严重， 所以

6、我们选定 027 高山微波站进行防雷试验站。如果成功，可以指导全省微波站防雷的开 展。 二、我省微波站防雷设施的现状 1.避雷针 不论 70 年代还是 90 年代建的微波站，从铁塔设计上都考虑安装有传统式避雷针(富兰克林 针)，它的结构是一根镀锌铁管上端焊一个铜尖头，下端和铁塔焊接。其工作原理是根据尖 端放电理论，把雷电引向自身，并沿着本身流入大地，因避雷针安装在较高位置，保护了 其下方一定范围的建筑设施。这种传统的避雷针从富兰克林 1752 年发明至今，已经使用了 二百多年。我们不少微波站还在使用。90 年代初，国内外一些防雷公司推出了一些新型避 雷针，我们也进行了试装，象承德微波局 94

7、年安装了国内 DK 公司生产的伞状型限流避雷 器。15 年后的今天，该公司发现产品的固有缺点，又进行了改进，推出了新型的 DK 雷电 限流器，原伞状型限流器已属更新换代产品。自 95 年开始，我们又陆续安装了一些美国爱 劳公司生产的半导体消雷器，这种消雷器的防雷效果不很明显，此技术众说纷纭，97 年邮 电部发文，对此类消雷器停止使用。 2、避雷器 微波站通信系统普遍安装了避雷器。有的机架在出厂时就已经装配有避雷器。在电力变压 器高压侧安装高压避雷器，在变压器的低压侧或在整流器(开关电源)进线端(380V 输入)安 装低压避雷器，对于高压避雷器的保养维护各局已经重视，每年定期将高压避雷器送到电

8、力部门进行检测，质量不合格的进行更换。低压避雷器一般由各局维护中心自行测试。这 种高、低压避雷器器大多是老式的氧化锌避雷器，对雷电流反映速度低，残压高，一般都 大于 1500V，当雷电流冲击时，不能有效的防护，机器设备经常损坏，也就是说，现在用 的大多数避雷器虽然起到一定作用，但也属于落后的更新换代产品。 3、接地系统 防雷一项主要内容就是所有设备都要接地良好，并且要求要联合接地，工作地线，保护地 线、建筑物防雷地线接在一起。这项工作各站基本上都能实现。但有的微波站地网锈蚀严 重，地阻达不到要求指标，97 年宁晋站把锈蚀的地网全部从土里挖出，重新敷设新的热镀 锌扁钢，才把地阻降到指标值以内(5

9、?)。对防雷泄放电流而言，接地电阻的大小是个主 要指标，微波维护规程要求“机房地线和保护地线，室外高压避雷地线，天馈线及铁塔的保 护地线等接地电阻应不大于 5?(高山站应不大于 10?)”。各微波站每年春季都进行地阻测试， 平原站因土质好，都能达到指标以内。而有些高山站，因石多土少，少雨缺水，地阻一般 不能达到指标，象 027 站春季测试地阻大于 30?，有时大的测不出来。远远大于指标值(10?)。 地阻高，雷电流来时无法迅速泄放，雷电二次反向电压，就可能把设备烧毁损坏。?微波馈 线的接地， “规程”要求在进机房口处接一次地，在天线背后接一次地，该项技术要求各站都 能做到，所以从馈线串入的雷电

10、虽有发生，但数量较少。 4、电话线避雷 各微波站通信联络用的电话线，平原站市话线不要求加装避雷器，高山站电话线要求安装 避雷器。高山站因电话线多是架空明线长达几公里，是引雷入站的一个主要途径，从电话 线串入的雷电烧坏电话机的事时有发生。这不但损坏了设备，也直接危胁到打电话人的人 身安全。从检查的情况看，也有少数高山站没有安装电话避雷器，需进一步完善避雷措施。三、目前国内外防雷情况 目前国内外对防雷电大多采用综合防护措施，不是简单的安装上一根避雷针或加装几组避 雷器就能凑效的，而是根据具体情况(根据雷电日多少、建筑物或铁塔的高度、地形地貌、 地网状况、馈线信号线的布放、电力线的引入方式等)综合考

11、虑，设计一个方案，对避雷针 的安装位置、高度、选用什么型号、避雷针(接闪器)的引导体的截面、绝缘、屏蔽等都要 有一定的要求。对地网的连接方式，地阻的大小及降阻的方法，电力线、信号线、电话线， 安装什么型号的避雷器及其残压、通流量及做几级保护等都有统一的考虑。全面防雷应贯 彻“综合治理、整体防御、多重保护、层层设防”十六字方针，严格遵循“控制雷击点(采用高效接闪体)，安全引雷电流入地，完善低电阻地网，消除地面回路，电源浪涌保护，信号 及数据线瞬变保护”六项基本防雷方案。 人们对于雷电的认识、研究、预防发展很快，国内外一些大公司纷纷建立模拟雷电波测试 中心，对一些防雷器件进行各种性能指标的测试、鉴

12、定、研究、改进，使防雷害工作进入 到了一个前所未有的迅速发展的阶段。 四、027 高山微波站防雷改造情况 027 高山微波站，海拔 1100 米，机房基础为岩石结构，地阻较大，3、4 月份测试值大于 30。电力电源有两路市电，架空 100KV 高压线上有 1000 米防雷击架空地线，电力变压器 高、低压侧分别安装高、低压氧化锌避雷器。铁塔建在机房南侧，高度 42 米，塔上安装北 京爱劳公司的半导体消雷器。该站每年遭受雷击，98 年选择该站为防雷试验站，进行防雷 改造。98 年 8 月请邮电部郑州设计院防护中心进行勘察、设计，99 年三月份施工。同年四 月底完成防雷改造更新工程。 1、完善接地网

13、 (1)微波机房和铁塔接地网 微波机房原有的防雷接地系统相互衔接不够，(见图 2 中虚线所示)原接地系统是将各个接 地点用扁钢连接起来，呈带状接地系统，根据地网地阻计算公式： R=0.5p/s?p-土壤系数 s-地网面积 可以知道，带状形结构不成面积，其等效面积很小，所以当雷电流冲击时，其等效阻抗就 较高，这次设计中把原先地网的接地点及机房、天线、铁塔的接地系统，铁塔附近的接地 坑，用 4040 的热镀锌扁钢焊接相连为环形接地系统(见图 2 实线表示)， 再辅以长效液态降阻剂，使接地电阻降到 10 以下。? 垂直接地体用 40404，长 1.5-2.5 米深埋，垂直接地体与水平接地体互相焊接并

14、防腐处理 (见图 2)。 (2)变压器配电室敷设新的地网 站门口电力变压器配电室原先只有一条接地扁钢，没有接地网。微波机房接地网距变压器 相距 500 米，因雷电流是高频率、大电流、高电压，在地面传播距离不会很远，所以微波 机房地网也不可共用。根据统计，历年经高压电力线引入的雷电较多，交流配电屏上器件 损坏情况严重。必须在变压器配电室处做好地网。其设计方案为一个棋盘格形状(见图 3)， 向南敷设两条 20 米长的辐射线，增大地网的等效面积，在做地网时也填充型号为 LRCP 长 效液态降阻剂，使地阻降低到 10 以下。 2、架空高压电力线路的防雷接地 027 站有两路专用市电，一路 10KV 高

15、压线由秀林变电站送出，架空线路全长 40 公里，另 一路 10KV 高压线由微水变电站送出，架空线路 60 多公里。从几十公里外的变电站架空引 入站内。 我们知道，沿山沟或山坡架设的高压电力线是一条良好的导电带和引雷带，当在几公里以 外，云对云和云对地雷击放电时，在雷击点的周围空间就会产生一个强大的电磁场。这个 电磁场就会在邻近的电力线或电话线上产生很高的感应电压(上千伏以上)(参见图 4)，这个 感应电压，称为感应雷电压。将沿站着电力线侵入变压器、并通过变压器传递到变压器次 级低压电力系统，同样，如果雷电直接对电力线雷击放电，这个雷电高压也会沿电力线路 传到变压器及其次级的电力系统，损坏电子

16、设备。据统计，感应雷对设备的危害约占总雷 害的 80%。试想，在一个山头上一年落几个直击雷就不算少，(直击雷：即雷电直接击到某 物体上称为直击雷)，而在方圆几公里内一年落几十个直击雷则不算多，但这远在几公里外 的直击雷作为感应雷的方式都可能沿着电力线侵入设备，造成危害，所以感应雷的危害更 大些。该站交流配电屏上继电器经常损坏，有时没有听到雷声，继电器也损坏，分析认为，这正是沿电力线侵入的感应雷所致。 微波站防雷与接地设计暂行技术规定 “2.0.10 微波站的架空高压电力线路，其进站端上 方宜设架空避雷线，长度 300-500 米，避雷线的保护角应不大于 25，避雷线宜每杆作一次 接地，为确保安全，宜在避雷线终端杆的前一杆上，增装一组氧化锌避雷器”。027 站的原 高压电力线架空避雷线和变压器的防护见图 5，架空高压电力线架空避雷线，电力部门已 经架设，长度约 1000 米，终端杆上也安装了氧化锌高压避雷器。问题是在终端杆的前一杆 上未装氧化锌避雷器和每杆作接地时，地线不是就近最