基站供電變壓器被雷擊的原因及預(yù)防V1

1、基站供電變壓器被雷擊的原因及預(yù)防趙敏文（江門移動(dòng)分公司 郵編：529000）論文簡(jiǎn)介：本文根據(jù)基站變壓器防雷擊的實(shí)際，分析了基站變壓器被雷擊損壞的原因是因?yàn)樽儔浩鞯母叩蛪悍览灼鞅焕讚魮p壞后，失去了應(yīng)有的防護(hù)作用，變壓器 在“正反變換”作用下而損壞。本文用等效電路分析的方法，提出了預(yù)防變壓 器防雷器損壞的措施：一是變壓器選用大容量的SPD ;二是正確選用基站內(nèi)防雷器容量；三是要注意基站內(nèi)防雷器安裝的位置，提出SPD接地線長度不應(yīng)超過一米，防止因安裝的位置不當(dāng)造成 SPD的防護(hù)作用減弱。關(guān)鍵詞：基站防雷變壓器移動(dòng)通信基站每年都有因雷擊而損壞的供電變壓器，廣東移動(dòng)某分公司近 兩年基站變壓器損壞情況如

2、下表格1:表格1年份變壓器損壞數(shù)量損失金額（元）2010 年103869272011 年11419000上表中的損失僅指變壓器更換的損失，并不包含基站發(fā)電的費(fèi)用，一般發(fā) 電時(shí)間都在20天，最長的達(dá)30天，每天的發(fā)電費(fèi)用為1000元。并且在基站變 壓器被雷擊損壞的同時(shí)，雷電也隨供電線路傳到其它的變壓器造成其損壞并影 響到居民的生產(chǎn)、生活，形成投訴、逼迫搬遷基站的情況。在這些損壞變壓器的基站中，都己按照相關(guān)的要求安裝了高低壓防雷器， 在變壓器被雷擊損害時(shí)，往往變壓器的高低壓防雷器也有損壞，見圖1,給人以防雷器防不了雷的看法。圖1變壓器防雷器損壞一、基站變壓器和基站的防雷系統(tǒng)1. 鐵塔基站供電線路及

3、防雷系統(tǒng)典型自建基站的交流供電系統(tǒng)一般由變壓器，將10KV高壓電變換為380V的低壓電；在高低壓側(cè)分別裝有高低壓防雷器，如圖2的右側(cè)所示。高低壓常用防雷器的型號(hào)和性能見表格2。表格2變壓器用防雷器的型號(hào)和性能項(xiàng)目型號(hào)型式工作電壓通流量殘壓高壓側(cè)HY5WS-17/50氧化鋅17KV5KA50KV低壓側(cè)HY1.5W-0.5/2.6氧化鋅500V10KA*2.6KV/ZJ圖2基站供電防雷系統(tǒng)2. 基站內(nèi)的供電防雷系統(tǒng)基站內(nèi)部的防雷器SPD 一般安裝第一、第二兩級(jí)，第一級(jí)和交流電線連 接，如圖2中部所示，其容量視不同地點(diǎn)的基站而不同。它可以安裝在配電箱 中，也可以不安裝在其中，單獨(dú)安裝；單獨(dú)安裝的好處

4、就是不受配電箱安裝位 置的限制，可以使接地線更靠近地網(wǎng)，防雷的作用更好，只是成本較安裝在配 電箱中的稍高；第一級(jí)防雷器一般采用“ 3+T的連接方法，這樣既可以較好地 防雷，也能防止因氧化鋅防雷器的損壞，不能有效地切斷電源，使電源直接對(duì) 地短路，從而威脅供電的安全。第二級(jí)防雷器是安裝在設(shè)備上的，主要是防通過第一級(jí)剩余的雷電流 的，這樣的雷電流一般較小。二、基站變壓器損壞的原因分析基站變壓器被雷擊損壞，主要的原因有二個(gè)，一是從高壓線引入，直接 損壞；二是“正反變換”損壞，下面深入分析。1、高壓線上的雷電引入高壓線上的雷電，主要有兩個(gè)來源。一是直擊雷造成的，二是感應(yīng)雷形成 的。（1）雷擊架空供電線路

5、導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓。高壓供電線路具有線路長，通過的地形復(fù)雜，且本身具有強(qiáng)的電磁場(chǎng)，同時(shí)架設(shè)較高，是易受雷擊的對(duì)象。雷電直擊線路時(shí)具有電壓、電流的量級(jí)大，達(dá)到數(shù)百萬伏和數(shù)百千安， 在高壓線上的直擊雷可以用下面的公式來計(jì)算電壓的大?。?=1001小一一雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓，單位KVI 雷電流幅值，kA, 般是幾十KA由此可見，雷擊架空線路導(dǎo)線產(chǎn)生的直擊雷過電壓是非常高的；但是在其 傳播的過程中，由于雷電需要經(jīng)過供電桿塔固定電線的金具，這些金具通過鐵 塔或水泥桿接地，因此就會(huì)對(duì)地發(fā)生閃絡(luò)，從而得到了衰減；最終在線路上形 成一個(gè)30-40KV的雷電波。(2)供電高壓線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過

6、電壓。如在距架空線路S65m處，雷云對(duì)地放電時(shí)，線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓最大值可按下式計(jì)算：UiIhc25式中：Ui雷擊大地時(shí)感應(yīng)過電壓最大值，kV；I雷電流幅值，kA；hc 導(dǎo)線平均高度，m s 雷擊點(diǎn)與線路的距離，m線路上的感應(yīng)過電壓為隨機(jī)變量，其最大值可達(dá) 300kV400kV, 般僅對(duì) 35kV及以下線路的絕緣有一定威脅；基站的高壓供電線路為10KV具有線路長， 呈網(wǎng)狀感應(yīng)面積大，因此感應(yīng)雷電是對(duì)基站變壓器損壞的概率較大。感應(yīng)雷電 和線路遭直擊雷時(shí)傳播一樣，也會(huì)受到金具閃絡(luò)的影響，最后形成30 40KV的雷電波?；竟╇娮儔浩鞲邏航^緣的水平一般是工作電壓的2倍，即20KV因此無論是直擊雷

7、還是感應(yīng)雷，最后形成的 30 40KV的雷電波都能對(duì)其產(chǎn)生永久性 的損壞。因此高壓側(cè)的防雷器對(duì)于預(yù)防此類損害有著極為重要的作用。2. “正反變換”過電壓損壞所謂“反變換”過電壓是指高壓側(cè)線路受到直擊或感應(yīng)雷擊，高壓防雷器 動(dòng)作時(shí)，此時(shí)雷電流通過防雷器的接地線對(duì)地泄放雷電流，在接地電阻上的大 沖擊電流電位升，由于變壓器高低壓防雷器及低壓繞組的地線是相連的，此電 位升將同時(shí)作用在低壓繞組上，這時(shí)因低壓線路相當(dāng)于經(jīng)不大的導(dǎo)線波阻抗接 地，大部分電壓降將加在低壓繞組上，經(jīng)過電磁耦合，按變比關(guān)系在高壓繞組 上感應(yīng)出過電壓。由于高壓繞組出線端的電位受到防雷器的固定，在高壓繞組 上感應(yīng)出的這種過電壓，將沿高

8、壓繞組分布，在中性點(diǎn)上達(dá)到最大值，可能擊 穿中性點(diǎn)附近的絕緣，也會(huì)危及繞組的縱絕緣(縱絕緣是指線圈的線匝、線段 和線層之間的絕緣)。相應(yīng)地由于低壓繞組遭受雷擊過電壓，通過電磁感應(yīng)變 換到高壓側(cè)，引起高壓繞組過電壓的現(xiàn)象叫“正變換”過電壓。基站供電是采用的TT系統(tǒng)，同時(shí)基站的鐵塔和基站的地網(wǎng)是直接相連的。 由圖1可以看出，鐵塔接閃后，雷電流引起的地電位升將“3+1 ”防雷器的間隙型防雷器擊穿，其剩余電壓加到了供電的零線上，通過零線加到變壓器上。這 時(shí)的等效電路如圖3所示：圖3鐵塔接閃時(shí)等效電路因此當(dāng)鐵塔受到直擊雷時(shí)，如果防雷器不起作用，雷電流引起的地電位升 就可以直接加到變壓器的低壓側(cè)上，通過正

9、變換，導(dǎo)致變壓器的損壞。3. 基站變壓器防雷器爆炸的原因目前電力部門對(duì)線路的防雷十分重視，制定了相應(yīng)的規(guī)范，在變壓器的高 低壓側(cè)都安裝了表一所示的防雷器。但在工程的實(shí)踐中仍然發(fā)生變壓器被雷擊 損壞和防雷器爆炸的情況。究其原因主要是因?yàn)榉览灼鞯娜萘坎粔?，遇雷擊時(shí) 自身發(fā)生了爆炸，不能防雷。當(dāng)鐵塔接閃時(shí)，地網(wǎng)上產(chǎn)生極高的電位升，這時(shí)雷電相當(dāng)于一個(gè)脈沖電源 加到了變壓器上，變壓器的低壓繞組通過線路的波阻抗接地， 其等效電路見圖3 此時(shí)變壓器的低壓防雷器和繞組、波阻抗呈現(xiàn)并聯(lián)的關(guān)系，當(dāng)?shù)仉娢簧^氧 化鋅防雷器的啟動(dòng)電壓時(shí)，它就導(dǎo)通，近似短路導(dǎo)通，此時(shí)它承擔(dān)了對(duì)雷電流 的分流作用；如果防雷器的容量較小

10、，承受不了此時(shí)電流的功率，它必然燒毀、 爆炸。當(dāng)防雷器損毀后，它失去表繼續(xù)分流的作用，變壓器上的電壓就會(huì)突然 升高，此時(shí)變壓器上相當(dāng)于增加了一個(gè)操作過電壓，其變化可以從圖4中表示出來，V1是防雷器啟動(dòng)時(shí)的值，V2是防雷器爆炸后的值，由于該值較高，使變 壓器產(chǎn)生正變換直接導(dǎo)致其損壞。三、基站變壓器被雷電損壞的預(yù)防1、變壓器高低壓都應(yīng)安裝大容量防雷器。通過對(duì)變壓器高低壓防雷器發(fā)生爆炸被發(fā)生原因的分析，得出了電力部門 使用的容量不夠的結(jié)論，在變壓器更換時(shí)，將高低壓防雷器也換成了大容量的。 在工程中使用的規(guī)格見表格3：表格3大容量變壓器SPD規(guī)格項(xiàng)目型號(hào)型式工作電壓通流量殘壓（820）高壓側(cè)ZB100

11、K-17氧化鋅17KV20KA45（ 5KA）KV低壓側(cè)ZB065K-0.5氧化鋅0.5KV20KA*2.6KV2、正確選用基站內(nèi)防雷器GB50689-2011對(duì)基站的防雷器容量有相應(yīng)的規(guī)定（表四），在實(shí)際工 程上應(yīng)嚴(yán)格遵照?qǐng)?zhí)行，容量過小就會(huì)發(fā)生易損壞爆炸的情況，導(dǎo)致基站變壓器 被雷擊損壞。在上述標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)基站SPD的要求如下: 表格4基站SPD的要求氣象因素環(huán)境因素雷暴日、氣象因素 環(huán)境因素、雷暴日（日/年）不必區(qū) 分 40正常 環(huán)境 因素L型60kA易遭 雷擊 環(huán)境L型60kA80kAM型80kAM型80kA100kAH型100kAH型100kA120kAT型120kAT型120kA150k

12、A說明：1、L、M H型指在城市、郊區(qū)、山區(qū)，T型指有金屬礦的山區(qū)或極易遭受雷擊的水網(wǎng)地區(qū)；2、易遭雷擊環(huán)境指低洼和水網(wǎng)地區(qū)3、基站內(nèi)SPD的安裝位置由圖4還可以看出，在基站內(nèi)SPD導(dǎo)通時(shí)近似短路，由于雷電是以脈沖波 的形式進(jìn)行傳播，因此零線的電位由下式?jīng)Q定(導(dǎo)線電阻忽略不計(jì))：Ua=ZspcK I=L x di/dt(3)式中：L為SPD接地線的電感量di/dt為雷電波的雷頭變化率如0.6米長的接地線，其電感L約為1卩H,在不大的雷電波陡度 di/dt=10kA/卩s時(shí)，接地線上的壓降也達(dá) Lx di/dt10kV,在2米長的接地線 將產(chǎn)生：(2/0.6 )X1卩HX 10kA/卩s=33.

13、33KV;這是一個(gè)不小的數(shù)值。當(dāng)SPD的接地線較長時(shí)，其上的電壓為：U=LX di/dt (n/0.6) x 1 卩 HX di/dtn:為接地線的長度，單位：米因此，接地線越短，其上的電壓就越小，過長將使SPD失去作用；根據(jù)工程的實(shí)際，接地線的長度最好不要超過 1米，以確保殘壓在要求的規(guī)范內(nèi)，如 圖6所示。該要求也作為標(biāo)準(zhǔn)也寫入了GB50689-2011中，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)SPD的 接線長度也做了嚴(yán)格的規(guī)定：“ 9.4.3使用模塊式電源SPD時(shí)，引接線長度應(yīng)小于1m SPD接地線的長度應(yīng)小于1m。9.4.4 使用箱式SPD寸，弓I接線和接地 線長度均應(yīng)小于1.5m?！币虼嗽诠こ淌┕r(shí)，應(yīng)根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)的要

14、求并參照?qǐng)D時(shí)的 安裝尺寸的位置，對(duì)SPD或電源箱進(jìn)行安裝，以保證 SPD能正常工作并減少殘 壓，保證防雷的效果。AC屏安裝位置圖圖6接地線的長度安裝鐵塔或通信桿的基站，由于其特殊的地理位置，而鐵塔、通信桿又是 高聳的建筑物，受到雷電的直擊概率比較大，由地位升引起的正變換而導(dǎo)致變 壓器損壞的概率較高，在實(shí)踐中數(shù)量比較多。從上面的分析可以看出，預(yù)防基 站變壓器變雷擊損壞是一個(gè)系統(tǒng)工程，其中SPD容量的選擇及安裝的位置是非常關(guān)鍵的，在工程中一定要高度重視，以確保SPD能長時(shí)間可靠工作的同時(shí)，降低防雷系統(tǒng)的殘壓，保證防雷的效果。參考文獻(xiàn)1、過電壓防護(hù)及絕緣配合，作者張偉鈸等；2、雷電與避雷工程，作者蘇

15、邦禮等作者簡(jiǎn)介：趙敏文，男，學(xué)士，工程師。現(xiàn)工作于中國移動(dòng)通信集團(tuán)廣東有限公司江門分 公司工程建設(shè)中心。1983年畢業(yè)于海軍第二砲兵學(xué)院跟蹤雷達(dá)專業(yè)，2001年從部隊(duì)專業(yè)來到移動(dòng)公司工作。2010年獲廣東省科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。聯(lián)系電話-MAIL:zhaominwen 出師表兩漢：諸葛亮先帝創(chuàng)業(yè)未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此誠危急存亡之秋也。 然侍衛(wèi)之臣不懈于內(nèi)，忠志之士忘身于外者，蓋追先帝之殊遇，欲報(bào)之于陛下 也。誠宜開張圣聽，以光先帝遺德，恢弘志士之氣，不宜妄自菲薄，引喻失義， 以塞忠諫之路也。宮中府中，俱為一體；陟罰

16、臧否，不宜異同。若有作奸犯科及為忠善者， 宜付有司論其刑賞，以昭陛下平明之理；不宜偏私，使內(nèi)外異法也。侍中、侍郎郭攸之、費(fèi)祎、董允等，此皆良實(shí)，志慮忠純，是以先帝簡(jiǎn)拔 以遺陛下：愚以為宮中之事，事無大小，悉以咨之，然后施行，必能裨補(bǔ)闕漏， 有所廣益。將軍向?qū)?，性行淑均，曉暢軍事，試用于昔日，先帝稱之曰能”，是以眾議舉寵為督：愚以為營中之事，悉以咨之，必能使行陣和睦，優(yōu)劣得所。親賢臣，遠(yuǎn)小人，此先漢所以興隆也；親小人，遠(yuǎn)賢臣，此后漢所以傾頹 也。先帝在時(shí)，每與臣論此事，未嘗不嘆息痛恨于桓、靈也。侍中、尚書、長 史、參軍，此悉貞良死節(jié)之臣，愿陛下親之、信之，則漢室之隆，可計(jì)日而待 也亠一臣本布衣，躬耕于南陽，茍全性命于亂世，不求聞達(dá)于諸侯。先帝不以臣 卑鄙，猥自枉屈，三顧臣于草廬之中，咨臣以當(dāng)世之事，由是感激，遂許先帝 以驅(qū)馳。后值傾覆，受任于敗軍之際