鹤煤九矿变电站防雷系统优化改造

浅谈鹤煤九矿变电站防雷系统优化改造

摘要：文章对九矿变电站增加避雷针的必要性进行了说明，对避雷针的防雷原理、保护范围等做了分析阐述，并通过公式计算确定避雷针安装位置。

关键词：变电站避雷针保护范围

1 项目背景

鹤煤矿区有10个35kv级及以上变电站，主要担负集团公司矿井、地面生产企业供电任务。变电站是电力系统的枢纽，直接关系到煤矿电网的安全性、可靠性。

变电站内安置的变压器、互感器、断路器、母线等高压电气设备的汇集，使得变电站容易遭受雷击。雷击变电站一方面会引起大面积的停电事故，造成重大损失；另一方面，雷击极易造成电气设备的绝缘损坏，维修或更换设备的费用很高且用时较长，将造成更大的不良影响。因此，对变电站的防雷保护显得非常重要。

鹤煤九矿变电站于2011年雷雨天气密集的夏季发生一次雷击事故，造成站内通讯管理机烧毁，导致鹤煤电调远动系统不能对变电站进行实时采集、实时监控，电调无法实时掌握电网运行情况，给煤矿安全供电带来巨大隐患。

经对九矿变电站实地考察和分析，并对站内现有避雷针保护范围进行计算，发现6kv高压室西南侧不在联合保护范围内，是导致此次雷击事故的主要原因。

2 避雷针防雷原理及保护范围分析

2.1 避雷针防雷原理避雷针由接闪器、引下线和接地装置组成，它的保护原理为：避雷针能将被保护物上方的雷电吸引到自身，并通过引下线和接地装置泄入大地，从而达到保护被保护物不受雷击的作用。整个保护过程有两个关键环节，一是高概率的接闪，二是迅速有效地泄入大地。避雷针正是利用高于被保护而产生的屏蔽和迎面先导放电，使得本区域内的雷击能被避雷针吸引，而不至于击于被保护物；避雷针自身良好的导电性，配以较小的接地电阻，使得雷电流安全泄入大地。

2.2 避雷针保护范围分析避雷针的保护范围计算方法有多种，且计算结果均不能定量，这是因为避雷针的保护范围受多种不可定量因素的影响。目前，我国现用的计算方法有两种：对于建筑物，我国gb 50057-94《建筑物防雷设计规范》规定，避雷针的保护范围按滚球法计算；对于电力装置，我国dl/t620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》规定，避雷针的保护范围按折线法计算。故九矿变电站安装避雷针应以折线法计算其保护范围。用以上方法计算出的避雷针的保护范围，并没有考虑当雷电流沿避雷针泄入大地时对靠近避雷针的被保护物的反击的可能性，也就是说，靠近避雷器的一定距离内，也不能算是避雷针的保护范围。所以，避雷针的保护范围就存在内、外两个边界，现分别予以说明。

2.2.1 避雷针保护范围的外边界①单支避雷针的保护范围（图1）：

a避雷针在地面上的保护半径，应按下式计算：

r=1.5hp

式中：r——保护半径，m；h——避雷针的高度，m； p——高度影响系数，h≤30m，p=1；30m120m时，取其等于120m。

b在被保护物高度hx水平面上的保护半径应按下列方法确定：当hx≥0.5h时，rx=（h-hx）p=hap

式中：rx——避雷针在hx水平面上的保护半径，m； hx——被保护物的高度，m；ha——避雷针的有效高度，m。

当hxrx时，取bx=rx。求得bx后，可按图3绘出两针间的保护范围。两针间距离与针高之比d/h不宜大于5。

③多支等高避雷针的保护范围（图3）：

（a）三支等高避雷针在hx水平面上的保护范围

（b）四支等高避雷针在hx水平面上的保护范围

a三支等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两支等高避雷针的计算方法确定。如在三角形内被保护物最大高度hx 水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护。b四支及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三支等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度bx≥0，则全部面积即受到保护。

2.2.2 避雷针保护范围的内边界当雷电击中避雷针后，有很大的雷电流通过避雷针流向大地，这个电流会在避雷针引下线上形成较大的电压，如果被保护物距离避雷针过近，引下线上的电压会击

穿与被保护物之间的空气，造成二次反击。我国电气设计规定：①对于35kv及其以下变电站，因其绝缘水平低，必须装设独立的避雷针。②独立避雷针与被保护物之间应有不小于5m的空气距离。

③独立避雷针宜设独立的接地装置，与接地网间地中距离不小于

3m。

3 方案分析

根据避雷针防雷原理及保护范围分析，结合九矿变电站避雷针现状及站内地形，设计新增1基避雷针，对站内电力设备进行全面保护。

①新立5#避雷针为18m水泥杆，接闪器高2m；杆立于变电站西南角围墙东侧，此处高于地面3m。

②主变构架高7.3m，其他构架及设备高均低于7.3m。

③避雷针实际全高为20m，按最高保护物高度7.3m，计算公式：rx=（1.5h-2hx）p，（p——高度影响系数1）得出：rx=（1.5*20-2*7.3）=15.4m。所以：整个6kv高压室均在保护范围内。

4 结束语

经过对九矿变电站防雷系统进行改造，将会对整个变电站的安全性起到关键性作用，给煤矿电网的安全性、可靠性提供了强大的保障。

但对于安装避雷针而言，其仅仅是变电站直击雷方面保护，多变性因素较多：①避雷针对雷电的拦截效应是受多种随机性因素决定的，即使按相关方法正确安装了避雷针的变电站，也有可能受到雷

电的绕击和反击等事故；②避雷针的保护范围是针对被保护物在此空间内受到雷电侵害的概率而言的，目前国际上运用的确定避雷针的保护范围的计算方法，都是经验公式，没有绝对性。

参考文献：

[1]张克超，常馨.35kv变电站智能防雷系统[j].中国个体防护装备，2012（05）.

[2]张宇.变电站运行中的防雷改进措施研究[j].科技创新与应用，2013（04）.

[3]朱健强.配电系统的防雷保护[d].华南理工大学，2010.

作者简介：郝林杰（1982-），河南林州人，鹤煤集团公司供电处生产安监科，助理工程师。