興義電廠2×600 mW燃煤發電機組雷電災害風險評估

常 晨，李 松，李 玨

(1.貴州省黔西南自治州氣象局，貴州 興義 562400;2.貴州省氣象信息中心，貴州 貴陽 550002)

1 引言

雷電風險評估既是指導與統籌防雷工程設計以及防雷工程施工的需要，也是科學防雷、規范防雷的重要工作。為了減少或避免興義電廠2×600 mW燃煤發電機組遭受雷擊而引起雷電災害，對項目進行了雷擊風險評估。計算出該項目的風險值與最大容許值進行比較，而風險評估對于項目的建設具有重要意義［1］。通過對資料數據的具體分析，計算出風險值是否達到容許范圍值，并提出完善整個防雷裝置的建議，使防雷裝置得到良好的防護作用。

2 項目相關數據來源與分析

2.1 項目概況

興義電廠2×600 mW燃煤發電機組新建工程位于貴州省興義市清水河鎮黔西村，項目建設占地面積約56.99 hm2，主要包括:主廠房;電氣;供水;運煤;除灰渣系統;鍋爐補給水系統;輔助生產建構筑物;管線布置。中心位置:25°15'47″N，104°51'28″E。

2.2 興義市1964—2008年氣象觀測數據分析

興義市年平均雷暴日為69 d;雷電活動主要發生在4—9月份，月平均雷暴日超過10 d，最高超過13 d。雷暴日最多的年份為1964年，天數為98 d;雷暴日最少年份為1996年，天數為43 d。初雷日最早為1月4日發生在1992年;終雷日最晚為12月28日發生在2004年;初終間跨度最長的年份為2004年，從1月10日—12月28日。興義市的雷暴日年際變化趨勢較大，雷暴活動比較頻繁，其雷暴日在43～98 d。雷暴日僅僅反映了某區域大致的雷電活動規律，但不能準確表征地面落雷的頻繁程度、雷暴強度。因此，在進行建(構)筑物年雷擊次數的估算、雷擊風險計算時，本報告采用本工程所處區域實際雷電監測網數據。

2.3 貴州省2006—2009年雷電監測網數據分析

2.3.1 雷暴日 興義市年平均雷暴日為100 d，雷電活動主要發生在4—9月份，月平均雷暴日超過14 d，最高接近21 d，6—8月份為雷電多發期，月平均雷暴日數為20 d。

2.3.2 地閃密度 貴州興義電廠(2×600 mW)新建工程(以廠址中心位置5 km半徑)區域范圍內雷電流年平均地閃次數639次，地閃密度約為8.14次/km2·a(本報告采用該值作為雷電風險計算參數)。

2.3.3 雷電小時 興義市年平均雷電小時為437 h，平均每個雷暴日的雷電小時為4.4 h。雷電活動主要發生在5—9月份，月平均雷暴小時超過76 h，雷電活動最為強烈月份為6月，雷電小時達122 h，6—8月份為雷電多發期，月平均雷電小時達101 h。項目中心位置5 km半徑區域范圍內平均雷電小時為63 h，雷電活動主要發生在5—7月份，月平均雷電小時達15 h。

2.3.4 正負閃雷電流強度分布及極值 興義市地閃分布如下:雷電流幅值200 kA以上的概率為0.12%;150 kA以上為0.75%;100 kA以上為2.71%;50 kA以上為15.53%;平均雷電流34.63 kA以上的概率為32.1%。

表1 2006—2009年興義市最大正、負閃強度及平均閃電強度表(KA)

2.3.5 雷電季節變化 該地域地閃主要活動期為5—9月份，95%以上的地閃都發生在這5個月。該地域地閃主要活躍在14－02時，90%的地閃都發生在這個時段，03－13時地閃相對較少，約10%的地閃發生在這個時段。

3 雷電災害風險評估

3.1.1 建筑物的分區 根據項目區域內的建構筑物使用功能和位置分布情況，將項目分為以下幾個防雷區域:建筑物外部區域(Z1區);主廠房建構筑物區(Z2區);電氣建構筑物區(Z3區);水工建構筑物區(Z4區);運煤、除灰建構筑物區(Z5);輔助及附屬設施區(Z6)。

根據貴州省雷電定位資料統計，項目所在地閃密度Ng=8.14次/km2·a;廠址地勢高差較大。

Z1區、Z2區、Z3區、Z4區、Z5區、Z6區域特征見表2～表7。

表2 建筑物外部區域(Z1區)的特征

表3 主廠房建構筑物區(Z2區)的特征

表4 電氣建構筑物區(Z3區)的特征

表5 水工建構筑物區(Z4區)的特征

表6 運煤、除灰建構筑物區(Z5區)的特征

續表6 運煤、除灰建構筑物區(Z5區)的特征

表7 輔助及附屬設施區(Z6區)的特征

表8 內部系統P1和相關入戶設施的特征

續表8 內部系統P1和相關入戶設施的特征

表9 內部系統S1和相關入戶設施的特征

3.1.2 風險組成及計算結果

表10 不同分區內風險R1的組成

從表10可以看出，主廠房建構筑物區、電氣建構筑物區、輔助及附屬設施區區域風險超過可接受風險，這些區域是雷電防護的重點，應加強防雷措施。

4 評估結果

①本報告結論的雷暴日數據采用興義市1964—2008年氣象觀測數據所得:年平均雷暴日為69 d，屬于強雷暴地區。

②據貴州省2006—2009年雷電監測網監測數據，雷暴活動主要活躍在14－02時，90%的地閃都發生在這個時段。

③項目所處區域遭受雷擊概率大。

④主廠房建構筑物區風險值為4.70×10－5，電氣建構筑物區風險值為2.19×10－5，水工建構筑物區風險值為7.23×10－7，運煤、除灰建構筑物區風險值為4.70×10－7，輔助及附屬設施區風險值為2.85×10－5，主廠房建構筑物區、電氣建構筑物區、輔助及附屬設施區風險值均超過評估標準規定的可承受風險。

⑤項目所處區域內，對于放置靈敏設備的機房，控制制室，應采取屏蔽措施，屏蔽網格尺寸應小于0.1 m×0.1 m。

⑥根據現場實測，項目所處區域土壤電阻率差異較大，平均土壤電阻率為1 314.0Ω·m，屬于高土壤電阻率區域，對于接地裝置施工有不利影響。由于土壤電阻率很高，除生產設備對接地有特殊要求外，廠區應采用聯合接地裝置，將計算機、儀表接地、工作接地、電收塵接地、防雷接地等共用聯合接地網，接地電阻應滿足《交流電氣裝置的接地》DL/T621－1997規范的要求。

⑦根據計算，項目多個區域雷擊風險超過可承受風險，應提高建構筑物及弱電系統的防雷保護等級。

根據國際防雷標準規定:雷擊造成人員傷亡損失的最大風險可容許值 RT=1.00 ×10－5。［5］而在本論文中由雷擊造成的人員傷亡損失風險R=2.85×10－5＞ RT=1.00 ×10－5，超出可承受的范圍。需做防雷工程。

5 工程描述

5.1 具體防雷措施

①主廠房區、500 kV升壓站、制氫站、油罐區及辦公樓等建筑物的直擊雷防護措施。

②供配電系統的雷電波侵入防護措施。

③廠區的信息管理系統、生產自動化系統、通信系統、有線電視系統等的感應雷和雷電波入侵防護措施。

5.2 工程完成后的風險

由雷電閃擊而造成人員傷亡損失的總風險

綜上采取相應措施后，雷電風險值降至規范規定可承受的范圍(1.00×10－5)。

6 結論

本文根據氣象資料及閃電定位儀資料分析，可得到興義電廠2×600 mW燃煤發電機組項目所在地雷暴日數為56 d，3 km半徑地閃密度為5.1次/km2，屬于強雷區。計算出人員傷亡損害的風險R＞RT=1.00×10－5，超出可承受的范圍，存在著防雷安全隱患。通過增加防直擊雷設施、防感應雷設施及防雷電波設施的方式，完善防雷裝置，加強雷電的防護后。計算出R=4.31×10－6＜RT，達到容許值范圍，從而減少或避免雷擊事故發生的人員傷亡或者財產損失。

［1］張繼權，李寧.主要氣象災害風險評價與管理的數量化方法及其應用［M］.北京:北京師范大學出版社，2007.

［2］IEC62305－2.雷電防護－第2部分:風險管理［S］.2006，21－25.

［3］葉蜚譽.關于雷擊風險評估的若干問題［J］.電氣工程應用，2007，(02).

［4］趙東，等.石化行業雷擊風險評估技術方法應用［J］.陜西氣象，2008(4).

［5］史雅靜，涂山山.雷擊風險評估方法初探［J］.湖北氣象，2008(2).