雷击引发的变电站通信设备火灾事故分析

李 博，张超君，孔凡伟，张 彪，高 翔

(1.国网河北省电力公司，河北 石家庄 050021；2.国网河北省电力公司石家庄供电公司，河北石家庄 050051；3.国网河北省电力公司保定供电公司，河北 保定 071051)

雷击引发的变电站通信设备火灾事故分析

李 博1，张超君2，孔凡伟1，张 彪3，高 翔3

(1.国网河北省电力公司，河北 石家庄 050021；2.国网河北省电力公司石家庄供电公司，河北石家庄 050051；3.国网河北省电力公司保定供电公司，河北 保定 071051)

分析了一起由于雷击造成变电站通信蓄电池电缆击穿短路而引发的火灾事故，针对暴露出的管理问题，提出了开展专项隐患排查及整治、加强通信监测系统建设等防范措施，以改善变电站通信设备的管理，确保其安全稳定运行。

雷击；变电站；通信设备；火灾事故

0 引言

变电站通信用电源一般由48 V充电机和蓄电池组构成，由于其电压低、电流大，实际连接电缆截面较大，一旦发生短路故障将会释放出大量热能，容易引发火灾事故。但在实际生产中，由于通信用蓄电池组的电压低、接线简单，往往导致运维人员对蓄电池电缆的防雷、防火工作重视程度不够，日常疏于维护和管理，因而埋下了事故隐患。

1 事故经过

220 kV某变电站共有2个通信机房，发生故障的微波楼通信机房为第一通信机房，主控楼1层设置有第二通信机房，故障前2个机房通信设备均运行正常。2013-06-07T7：00，该220 kV站所在地出现雷电大雨天气。

07：30，站内值班员看到一球型闪光在微波塔下部电缆托架附近一闪即逝。

08：10，一声强雷之后，该站主控室照明、监控机、管理机等设备短时失去电源。经查为监控台内的空开跳闸。

08：20，该站火灾报警装置发出报警信号，值班员随即到楼下查看，发现微波楼2楼东侧有烟冒出，进入微波楼内，发现烟雾太大。值班员取戴上防毒面具后，进入微波楼2楼查看，发现楼内烟雾很浓，房间东南角处有较大火光，并伴有“噼啪”的放电声，温度很高，无法靠近。值班员在门口处用干粉灭火器对准火焰进行喷射，但由于距离较远，干粉不能喷射到火焰处，灭火效果不明显。值班员随即断开低压室内低压屏上通往微波楼的所有交流电源，立即报火警119，同时报告公司运维工区领导，启动消防应急预案。

10：20，火势得到控制，现场已无明火，消防人员随后赶到，进行彻底灭火。

2 事故原因分析

2.1 现场检查情况

事故发生后，现场检查发现，竖井内蓄电池负极电缆被烧毁(烧断成4段)，且断点处均已被烧熔，而竖井内其他线缆铜芯没有此现象，只是表面发生氧化。另外，检查与通信线缆连接的通信设备均未损坏。综合事故当日天气状况、值班员现场所见及后续现场实地检查情况，可以确定起火点位于该变电站微波楼2楼电缆竖井与地面交界位置。

2.2 原因分析

该变电站处于平原地区，微波塔接地装置与通信楼接地网连为一体，当年5月实测接地电阻值0.62 Ω，符合相关标准(不大于5 Ω)要求，天馈线等通信线缆外金属层或屏蔽层均已按规程要求接地。起火点所在电缆竖井内敷设了交流电缆、直流电缆、音频电缆和光缆等，有直接接地的金属支架，该金属支架与微波塔天馈线金属桥架连通，在1楼电缆沟处与接地网相连，电缆沟内接地网与微波塔接地网为同一接地网，且独立于变电站接地网。

由于与通信线缆连接的通信设备均未损坏，因此可排除雷击微波塔后，引起地电位升高，造成设备及线缆绝缘损坏而起火的原因。

由于以下原因：

(1) 光缆为不导电物质；

(2) 交流电缆外具备铠甲，且两端直接接地；

(3) 通信线缆屏蔽层也按规程要求接地；

(4) 蓄电池电缆1×50 mm2铜质线缆，线芯外部只有约1.5 mm绝缘层，没有金属屏蔽层；

(5) 现场检查除烧毁的蓄电池负极电缆外；其他线缆铜芯没有烧毁现象，只是表面发生氧化；

(6) 电缆外皮燃烧的温度相对较低，不能使铜融化。因此从断点被烧熔的现象看，应该是雷击短路放电时电弧产生的高温所致。

综上所述，判断该变电站微波塔遭雷击后，部分雷电流经电缆托架入地，在蓄电池电缆中引起感应过电压，造成电缆绝缘薄弱位置击穿，引发放电，进而发展成电缆外皮燃烧起火。这是造成此次故障的直接原因。

2.3 事故过程还原

雷击微波塔后，雷电流一部分沿微波塔塔身入地(雷击电流走向见图1)，另一部分沿“天馈线金属桥架—竖井金属支架”入地。由于光缆为不导电物质，不能产生感应电压；交流电缆外铠甲两端接地，具有屏蔽作用，所以线芯中不会产生感应过电压，因此沿金属支架入地的雷击电流，在竖井内无接地金属屏蔽层的蓄电池电缆金属线芯中，产生较高的感应过电压，导致绝缘层对地击穿。

图1 雷电流走向示意

故障后交流电源空开跳闸，交流电源不能持续为故障点提供能量。而直流回路蓄电池(48 V，正极接地)电缆为非屏蔽电缆，只有1层绝缘，正极回路电缆直接接地不会产生感应过电压，负极回路电缆在感应过电压作用下，外绝缘层绝缘薄弱点对地击穿，从而引起蓄电池正负极之间的短路。且蓄电池布置在2层，蓄电池保险布置在1层充电机屏内，在电缆竖井内敷设的蓄电池电缆未经过保险，因此，在充电机屏交流电源跳开后，蓄电池组作为电源能够持续为故障点提供短路电流，故障点电缆外皮在持续的短路电流发热作用下起火，继而引燃竖井内其他线缆。

3 暴露出的管理问题

(1) 该220 kV站微波楼通信机房于1980年投运，当时直流电缆未采用铠装屏蔽阻燃电缆，不满足现行设计标准要求。微波馈线室外引入桥架未在进入微波机房前接地，虽然2010年时的规程对此无要求，但不符合GB 50689—2011《通信局(站)的防雷与接地工程设计规范》(2012年5月1日起实施)的要求，导致微波塔遭受雷击后通过桥架引入雷电波，造成短路起火。

(2) 通信机房的线缆布置不规范，电缆所在竖井封堵不合格。敞开式走线架上的强、弱电缆未分离，光缆与动力电缆未分沟敷设，共用一条电缆沟引入微波楼，没有第2光缆路径。并且电缆竖井无隔离挡板，电缆直接外露，内部敷设的光缆、电缆数量太多，造成电缆及光缆间存在缝隙封堵不严密，导致火势自2层向1层和3层蔓延，造成事故范围扩大。

(3) 通信监控系统不完善。该站通信监控系统于1998年投入运行，微波楼1，2层的通信监测系统无烟感探头，且未安装视频监控摄像头，造成通信监控人员无法及时发现起火。

(4) 该站内通信专业基础资料不全，对现场抢修造成一定延误。

4 防范措施

(1) 开展专项隐患排查及整治。将该公司所辖的其他装有微波设备的变电站通信直流电缆全部更换为铠装屏蔽阻燃电缆；对连接微波塔的通信机房接地电阻进行检查复测，发现接地电阻超标的，立即进行降阻处理。根据GB 50689—2011《通信局(站)的防雷与接地工程设计规范》的要求，对该公司所有微波机房进行桥架部分接地整改，将室外桥架与室内走线架物理隔离。室外走线架始、末两端均应做接地连接，室内走线架在室内接地。微波站接地网设计规范如图2所示。

图2 微波站接地网示意

(2) 对独立通信机房的电缆竖井进行全面检查，核实各类线缆路径及沟道，电缆竖井加装隔离挡板，避免电缆直接外露。排查防火封堵是否合格，防火涂料涂刷是否良好，彻底消除竖井封堵不合格隐患，全面提升设备防火能力。制定开通第2光缆路径方案，避免与一次动力电缆同沟(架)布放，确保光缆运行满足规程要求。

(3) 加强信息通信监测系统建设，增加通信交流配电室和蓄电池室的视频监控，不断完善通信监控、监测功能，保证区域全面覆盖，做到监控无遗漏、监测无死角。

(4) 开展通信专业基础资料、设备台帐核查整理工作，规范基础资料获取流程，实现规范化管理，确保专业台帐与现场实际情况完全吻合，提升检修、抢修效率。

5 结束语

针对一起由雷击造成变电站通信蓄电池电缆击穿短路而引发的火灾事故进行了详细分析，还原了事故经过，剖析了事故暴露出的问题，并提出了防范措施，给今后变电站通信接地管理、低压交直流电缆防雷、站内防火管理等工作提供一定的参考。

1 中华人民共和国住房和城乡建设部，国家质量监督检验检疫总局.GB 50689—2011通信局(站)防雷与接地工程设计规范[S].北京：中国计划出版社，2012.

2016-04-27。

李 博(1982-)，男，高级工程师，主要从事安全监督管理工作，email：dovebob@126.com。

张超君(1982-)，女，高级工程师，主要从事电网调度自动化管理工作和人力资源管理工作。

孔凡伟(1981-)，男，工程师，主要从事安全监督管理工作。

张 彪(1981-)，男，工程师，主要从事安全监督管理工作。

高 翔(1975-)，男，高级工程师，主要从事安全监督管理相关工作。