雷擊引發(fā)的變電站通信設(shè)備火災(zāi)事故分析

李 博，張超君，孔凡偉，張 彪，高 翔

(1.國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電公司，河北石家莊 050051；3.國網(wǎng)河北省電力公司保定供電公司，河北 保定 071051)

雷擊引發(fā)的變電站通信設(shè)備火災(zāi)事故分析

李 博1，張超君2，孔凡偉1，張 彪3，高 翔3

(1.國網(wǎng)河北省電力公司，河北 石家莊 050021；2.國網(wǎng)河北省電力公司石家莊供電公司，河北石家莊 050051；3.國網(wǎng)河北省電力公司保定供電公司，河北 保定 071051)

分析了一起由于雷擊造成變電站通信蓄電池電纜擊穿短路而引發(fā)的火災(zāi)事故，針對暴露出的管理問題，提出了開展專項隱患排查及整治、加強通信監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)等防范措施，以改善變電站通信設(shè)備的管理，確保其安全穩(wěn)定運行。

雷擊；變電站；通信設(shè)備；火災(zāi)事故

0 引言

變電站通信用電源一般由48 V充電機和蓄電池組構(gòu)成，由于其電壓低、電流大，實際連接電纜截面較大，一旦發(fā)生短路故障將會釋放出大量熱能，容易引發(fā)火災(zāi)事故。但在實際生產(chǎn)中，由于通信用蓄電池組的電壓低、接線簡單，往往導(dǎo)致運維人員對蓄電池電纜的防雷、防火工作重視程度不夠，日常疏于維護和管理，因而埋下了事故隱患。

1 事故經(jīng)過

220 kV某變電站共有2個通信機房，發(fā)生故障的微波樓通信機房為第一通信機房，主控樓1層設(shè)置有第二通信機房，故障前2個機房通信設(shè)備均運行正常。2013-06-07T7：00，該220 kV站所在地出現(xiàn)雷電大雨天氣。

07：30，站內(nèi)值班員看到一球型閃光在微波塔下部電纜托架附近一閃即逝。

08：10，一聲強雷之后，該站主控室照明、監(jiān)控機、管理機等設(shè)備短時失去電源。經(jīng)查為監(jiān)控臺內(nèi)的空開跳閘。

08：20，該站火災(zāi)報警裝置發(fā)出報警信號，值班員隨即到樓下查看，發(fā)現(xiàn)微波樓2樓東側(cè)有煙冒出，進入微波樓內(nèi)，發(fā)現(xiàn)煙霧太大。值班員取戴上防毒面具后，進入微波樓2樓查看，發(fā)現(xiàn)樓內(nèi)煙霧很濃，房間東南角處有較大火光，并伴有“噼啪”的放電聲，溫度很高，無法靠近。值班員在門口處用干粉滅火器對準火焰進行噴射，但由于距離較遠，干粉不能噴射到火焰處，滅火效果不明顯。值班員隨即斷開低壓室內(nèi)低壓屏上通往微波樓的所有交流電源，立即報火警119，同時報告公司運維工區(qū)領(lǐng)導(dǎo)，啟動消防應(yīng)急預(yù)案。

10：20，火勢得到控制，現(xiàn)場已無明火，消防人員隨后趕到，進行徹底滅火。

2 事故原因分析

2.1 現(xiàn)場檢查情況

事故發(fā)生后，現(xiàn)場檢查發(fā)現(xiàn)，豎井內(nèi)蓄電池負極電纜被燒毀(燒斷成4段)，且斷點處均已被燒熔，而豎井內(nèi)其他線纜銅芯沒有此現(xiàn)象，只是表面發(fā)生氧化。另外，檢查與通信線纜連接的通信設(shè)備均未損壞。綜合事故當(dāng)日天氣狀況、值班員現(xiàn)場所見及后續(xù)現(xiàn)場實地檢查情況，可以確定起火點位于該變電站微波樓2樓電纜豎井與地面交界位置。

2.2 原因分析

該變電站處于平原地區(qū)，微波塔接地裝置與通信樓接地網(wǎng)連為一體，當(dāng)年5月實測接地電阻值0.62 Ω，符合相關(guān)標(biāo)準(不大于5 Ω)要求，天饋線等通信線纜外金屬層或屏蔽層均已按規(guī)程要求接地。起火點所在電纜豎井內(nèi)敷設(shè)了交流電纜、直流電纜、音頻電纜和光纜等，有直接接地的金屬支架，該金屬支架與微波塔天饋線金屬橋架連通，在1樓電纜溝處與接地網(wǎng)相連，電纜溝內(nèi)接地網(wǎng)與微波塔接地網(wǎng)為同一接地網(wǎng)，且獨立于變電站接地網(wǎng)。

由于與通信線纜連接的通信設(shè)備均未損壞，因此可排除雷擊微波塔后，引起地電位升高，造成設(shè)備及線纜絕緣損壞而起火的原因。

由于以下原因：

(1) 光纜為不導(dǎo)電物質(zhì)；

(2) 交流電纜外具備鎧甲，且兩端直接接地；

(3) 通信線纜屏蔽層也按規(guī)程要求接地；

(4) 蓄電池電纜1×50 mm2銅質(zhì)線纜，線芯外部只有約1.5 mm絕緣層，沒有金屬屏蔽層；

(5) 現(xiàn)場檢查除燒毀的蓄電池負極電纜外；其他線纜銅芯沒有燒毀現(xiàn)象，只是表面發(fā)生氧化；

(6) 電纜外皮燃燒的溫度相對較低，不能使銅融化。因此從斷點被燒熔的現(xiàn)象看，應(yīng)該是雷擊短路放電時電弧產(chǎn)生的高溫所致。

綜上所述，判斷該變電站微波塔遭雷擊后，部分雷電流經(jīng)電纜托架入地，在蓄電池電纜中引起感應(yīng)過電壓，造成電纜絕緣薄弱位置擊穿，引發(fā)放電，進而發(fā)展成電纜外皮燃燒起火。這是造成此次故障的直接原因。

2.3 事故過程還原

雷擊微波塔后，雷電流一部分沿微波塔塔身入地(雷擊電流走向見圖1)，另一部分沿“天饋線金屬橋架—豎井金屬支架”入地。由于光纜為不導(dǎo)電物質(zhì)，不能產(chǎn)生感應(yīng)電壓；交流電纜外鎧甲兩端接地，具有屏蔽作用，所以線芯中不會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，因此沿金屬支架入地的雷擊電流，在豎井內(nèi)無接地金屬屏蔽層的蓄電池電纜金屬線芯中，產(chǎn)生較高的感應(yīng)過電壓，導(dǎo)致絕緣層對地擊穿。

圖1 雷電流走向示意

故障后交流電源空開跳閘，交流電源不能持續(xù)為故障點提供能量。而直流回路蓄電池(48 V，正極接地)電纜為非屏蔽電纜，只有1層絕緣，正極回路電纜直接接地不會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，負極回路電纜在感應(yīng)過電壓作用下，外絕緣層絕緣薄弱點對地擊穿，從而引起蓄電池正負極之間的短路。且蓄電池布置在2層，蓄電池保險布置在1層充電機屏內(nèi)，在電纜豎井內(nèi)敷設(shè)的蓄電池電纜未經(jīng)過保險，因此，在充電機屏交流電源跳開后，蓄電池組作為電源能夠持續(xù)為故障點提供短路電流，故障點電纜外皮在持續(xù)的短路電流發(fā)熱作用下起火，繼而引燃豎井內(nèi)其他線纜。

3 暴露出的管理問題

(1) 該220 kV站微波樓通信機房于1980年投運，當(dāng)時直流電纜未采用鎧裝屏蔽阻燃電纜，不滿足現(xiàn)行設(shè)計標(biāo)準要求。微波饋線室外引入橋架未在進入微波機房前接地，雖然2010年時的規(guī)程對此無要求，但不符合GB 50689—2011《通信局(站)的防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》(2012年5月1日起實施)的要求，導(dǎo)致微波塔遭受雷擊后通過橋架引入雷電波，造成短路起火。

(2) 通信機房的線纜布置不規(guī)范，電纜所在豎井封堵不合格。敞開式走線架上的強、弱電纜未分離，光纜與動力電纜未分溝敷設(shè)，共用一條電纜溝引入微波樓，沒有第2光纜路徑。并且電纜豎井無隔離擋板，電纜直接外露，內(nèi)部敷設(shè)的光纜、電纜數(shù)量太多，造成電纜及光纜間存在縫隙封堵不嚴密，導(dǎo)致火勢自2層向1層和3層蔓延，造成事故范圍擴大。

(3) 通信監(jiān)控系統(tǒng)不完善。該站通信監(jiān)控系統(tǒng)于1998年投入運行，微波樓1，2層的通信監(jiān)測系統(tǒng)無煙感探頭，且未安裝視頻監(jiān)控攝像頭，造成通信監(jiān)控人員無法及時發(fā)現(xiàn)起火。

(4) 該站內(nèi)通信專業(yè)基礎(chǔ)資料不全，對現(xiàn)場搶修造成一定延誤。

4 防范措施

(1) 開展專項隱患排查及整治。將該公司所轄的其他裝有微波設(shè)備的變電站通信直流電纜全部更換為鎧裝屏蔽阻燃電纜；對連接微波塔的通信機房接地電阻進行檢查復(fù)測，發(fā)現(xiàn)接地電阻超標(biāo)的，立即進行降阻處理。根據(jù)GB 50689—2011《通信局(站)的防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范》的要求，對該公司所有微波機房進行橋架部分接地整改，將室外橋架與室內(nèi)走線架物理隔離。室外走線架始、末兩端均應(yīng)做接地連接，室內(nèi)走線架在室內(nèi)接地。微波站接地網(wǎng)設(shè)計規(guī)范如圖2所示。

圖2 微波站接地網(wǎng)示意

(2) 對獨立通信機房的電纜豎井進行全面檢查，核實各類線纜路徑及溝道，電纜豎井加裝隔離擋板，避免電纜直接外露。排查防火封堵是否合格，防火涂料涂刷是否良好，徹底消除豎井封堵不合格隱患，全面提升設(shè)備防火能力。制定開通第2光纜路徑方案，避免與一次動力電纜同溝(架)布放，確保光纜運行滿足規(guī)程要求。

(3) 加強信息通信監(jiān)測系統(tǒng)建設(shè)，增加通信交流配電室和蓄電池室的視頻監(jiān)控，不斷完善通信監(jiān)控、監(jiān)測功能，保證區(qū)域全面覆蓋，做到監(jiān)控?zé)o遺漏、監(jiān)測無死角。

(4) 開展通信專業(yè)基礎(chǔ)資料、設(shè)備臺帳核查整理工作，規(guī)范基礎(chǔ)資料獲取流程，實現(xiàn)規(guī)范化管理，確保專業(yè)臺帳與現(xiàn)場實際情況完全吻合，提升檢修、搶修效率。

5 結(jié)束語

針對一起由雷擊造成變電站通信蓄電池電纜擊穿短路而引發(fā)的火災(zāi)事故進行了詳細分析，還原了事故經(jīng)過，剖析了事故暴露出的問題，并提出了防范措施，給今后變電站通信接地管理、低壓交直流電纜防雷、站內(nèi)防火管理等工作提供一定的參考。

1 中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB 50689—2011通信局(站)防雷與接地工程設(shè)計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2012.

2016-04-27。

李 博(1982-)，男，高級工程師，主要從事安全監(jiān)督管理工作，email：dovebob@126.com。

張超君(1982-)，女，高級工程師，主要從事電網(wǎng)調(diào)度自動化管理工作和人力資源管理工作。

孔凡偉(1981-)，男，工程師，主要從事安全監(jiān)督管理工作。

張 彪(1981-)，男，工程師，主要從事安全監(jiān)督管理工作。

高 翔(1975-)，男，高級工程師，主要從事安全監(jiān)督管理相關(guān)工作。