通信电源设备的雷电过电压防护探析--中国期刊网

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通信电源设备的雷电过电压防护探析

发表时间：2020/12/15 来源：《基层建设》2020年第24期作者：董昊1 孙阳阳2

[导读] 摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，通信电源设备的应用也越来越广泛。

        1中国铁塔股份有限公司汉中市分公司陕西省渭南市 714000；
        2广东省电信规划设计院有限公司广东省广州市 510630
        摘要：近年来，我国对电能的需求不断增加，通信电源设备的应用也越来越广泛。本文阐述通信电源系统的重要性，分析通信电源系统实现原理，探讨相关防护措施，以期为通信电源设备的雷电防护工作提供参考。
        关键词：雷电防护；通信电源设备；危害性；措施
        引言
        配电线路雷电感应过电压的主要形成机理为雷电在释放过程中会形成放电通道，周围空间会形成放电磁场，由此导致雷电通道与周围电网的配电线路产生感应过电压现象。因此，本文探究配电线路雷电感应过电压仿真计算主要从雷电流回击模型、电磁场传播模型以及场线耦合模型展开分析。
        1电力通信电源系统重要性
        电力通信系统涉及范围广，设备多，运行条件复杂。从一开始的传输设备供电，调度系统供电到后续发展的OA系统、通信网管理系统供电，当下随着5G、融合通信等新技术新业务的发展和推出，通信电源系统所承担的业务越来越多，对可靠性及稳定性要求也越来越高。
        2通信电源系统实现原理
        通信电源系统不仅是为通信网路提供电源支持，还具有电源负荷、机房空调供电和负荷电源等作用。通信电源系统包括通信交流供电系统和通信直流供电系统两类，根据不同的功能作用能够划分为保证能源供应的第一级、保证不间断供电的第二级和保障主机多电压提供的第三级。（1）通信交流供电系统。通信交流供电系统由交流屏、交流配电屏以及相关不间断电源设备等部分组成，主要设备包括备用油机系统和移动油机等备用发电设备，能够为系统提供稳定的交流电，其中提供不间断交流电的主要设备为UPS系统。（2）通信直流供电系统。通信直流供电系统以直流配电屏、整流器和蓄电池为主要部分组成，能够提供DC48V的直流电供应通信设备。
        3通信电源设备的雷电过电压防护措施
        3.1直击雷防护措施
        直击雷的防护主要采用的是系统各部分分摊直击雷能量的措施，降低通信电源设备分担的能量，进而最大限度地降低直击雷的危害性。当受到直击雷攻击时，由管线、接地网、通信网、接闪器、电源以及引下线工程分担直击雷的能量。以通信站为例，由于其没有管道系统，因此由接地网、接闪器以及引下线等外部雷电防护装置分担约50%的能量，使其直接入地；由通信电源设备分担约45%的雷电能量，一般通信站采用的是三相四线，因此，每条线路仅需要承担不到25kA的雷电流；剩余约5%的雷电流则由通信线路分担。通过这种分摊直击雷能量的方式可以有效降低直击雷造成的破坏，对通信电源设备形成有效的防护。
        3.2防雷接地测试
        每年进行一次交直流电源柜及开关电源柜防雷器件的U1mA和0.75U1mA下泄漏电流及残压测试。每年测量一次交直流电源柜及开关电源柜工作地和保护地接至机房环形接地铜排的连接电阻，电源柜与环形接地铜排的连接电阻值不应大于0.1W。
        3.3场线耦合模型
        配电线路遭遇雷击后，电流在电力传输线路上会形成一定的场线分布激励，也就是说该场线分布激励能够建立时间和空间上的函数，从而产生雷电感应过电压。雷电在输电线路上产生感应过电压属于电磁场理论中的场线耦合情况，上世纪七十年代以来，国内外众多著名学者构建了场线耦合理论模型，重点研究电磁场在平行导体系统上出现的感应过电压现象。目前在实际仿真计算程序中应用较为广泛的模型为Agrawal模型。

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        3.4高频开关电源设备的维护
        高频开关电源设备的运行安全与运行环境的相关性较大，所以在对高频开关电源设备进行维护时，需要做好运行环境的维护。如果运行环境过于干燥，容易造成粉尘的堆积；如果运行环境过于潮湿，也会影响到主机控制的稳定，都会导致主机运行出现问题。还可能会由于粉尘或潮湿导致警报系统误报，不利于维护管理工作的开展，所以需要针对运行环境的情况，进行适当的除尘、防尘、除湿和防湿工作，定时进行检查和维护。除了运行环境以外，还要对主机的各个插接件与连接件的情况进行检查，当出现松动等问题时，及时予以加固。当高频开关电源设备故障发生时，监控设备能够根据数据信息的采集，明确故障位置和时间，有利于进行有效的处理。但由于智能化程度仍然较低，收到故障警报后，还需要维护人员进行科学的检查与分析判断，根据实际故障情况进行处理。
        3.5其他防护措施
        一是合理布置接地汇集线。接地汇集线的布置需要尽可能选择与避雷器比较靠近的位置，缩短避雷器接地线，不同楼层分汇集线直接和楼底总汇集线连接，从而实现单点接地，若楼层超过30m，则超过部分的分汇集线需要与建筑物的均压环连接，防治侧击。根据近年来IEC研究显示，接地汇集线进行多重互联在雷电防护具有一定的效果。二是等电位连接。虽然不同通信电源系统在防雷要求方面存在一定差异，但是其核心思想基本一致，即实现等电位。在实际当中，绝对等电位仅仅是理想状态，无法真正实现，因此只能通过各种措施无线接近，目前主要采用的屏蔽、分流、接地以及箝位等方式进行连接。三是合理选择电源避雷器。由于通信电源设备符合电流的容量较大，因此为了保障电源设备安全、降低雷电的危害性，在选择通信电源设备避雷器时要根据实际情况合理选择。首先应当选择多级防雷设备，建议采用并联型避雷器，这样即便电源避雷器的某一模块出现故障，也不会对设备的防雷效果造成较大影响，仍能对通信电源系统形成一定的防护。其次电源避雷器必须具备失效分离装置以及阻燃功能，失效分离装置可以确保电源避雷器在失效时与通信电源系统自动断开，并且不会影响到电源系统正常供电；阻燃功能可以保障电源避雷器在失效或者自毁时不起火，从而避免对通信电源设备的影响。
        4通信电源设备雷电过电压防护注意事项
        对于通信机房进出的通信电缆以及电力电缆线路要高度重视，必须要采用带有屏蔽层的电缆，并注意完善接地保护相关措施；鉴于感应雷对于通信电源设备核心元件的危害，可以考虑配备直流防雷器，从而降低雷电脉冲，提升低电压设备以及核心元器件的耐冲击性能；安装通信电源设备时必须严格遵循安装规范，避免连接导线中出现交流感抗以及残余电压，这会对设备的防雷性能以及防雷效果产生影响，采用多级分布防雷设备可以有效降低连接导线产生的交流感抗以及残余电压，注意各防雷装置之间电源线长度不能低于15m，若低于15m则需要采用解耦控制装置进行能量匹配。
        结语
        综上所述，通信电源是保障通信网络稳定运行的重要基础，对于通信的电源的维护管理必须予以足够的重视，通过对通信电源维护常见问题分析与处理的研究，通过仿真计算模型结合避雷器设备，能够为配电线路的雷电感应过电压防护提供有效参考，提高国家电网运行安全。通过对雷击的类型以及危害性进行深入分析，了解雷电流入侵途径，有助于采取针对性的雷电防护措施，从而起到良好的防护效果。
        参考文献：
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        [4]李伟.电力通信网中通信电源故障处理与维护分析[J].通信电源技术，2019，36（8）：94-95.
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