坪湖煤礦雷電防護技術的成功應用

摘 要：本文是基于作者多年在礦井機電防雷電工作經驗的基礎上進行的總結，分析了雷電對煤礦控制系統侵襲主要因素，并提出了相應的安全防護措施，對礦井的防雷電具有一定的作用。

關鍵詞：煤礦雷電；防護技術；實施方案；

中圖分類號：X752 文獻標識碼：A 文章編號：1674-3520（2014）-05-00225-01

一、概述

雷電是大氣中劇烈的自然放電現象，具有沖擊電流大、放電時間短、雷電流變化梯度大、沖擊電壓高的特點。其破壞作用是綜合的，包括電效應、熱效應和機械效應破壞，特別是由此產生的電磁輻射對弱電設備造成的危害越發嚴重。在科學技術日益發展的今天，已積累起很多有關防雷的知識和經驗，形成一系列對防雷行之有效的方法和技術，如攔截、等電位、屏蔽、接地等。煤礦礦區均處于山區和曠野，雷擊事故多發，礦井綜合自動化控制系統在安全生產中起止至關重要的作用，因此，加強煤礦煤礦的雷電安全防護具有十分重要的意義。雷電對煤礦控制系統侵襲的主要形式有：

（一）煤礦綜合控制系統的電源或信號線路由現場儀表經過長距離敷設進入控制室，沿途極有可能遭受雷電直接襲擊。

（二）帶大量電荷的雷雨云在天空中移動，以電場耦合的形式通過地面導體影響井下。

（三）雷電波通過進出礦井的金屬管道竄入井內，對人員和設備造成危害。

（四）雷電擊中避雷針時，強大的雷電流經過引下線和接地體泄入大地，在接地體附近產生放射型的電位分布，會在靠近的其他電子設備接地體產生高壓地電位反擊。

二、雷電防護原則

防雷設計應考慮環境因素、雷電活動規律、系統設備的重要性、發生雷災后果的嚴重程度，分別采取相應的防護措施。在進行綜合防雷設計時，應堅持全面規劃、多重保護、技術先進、經濟合理、定期檢測、隨機維護的原則，進行綜合設計及維護。防雷系統的防雷設計應采用直擊雷防護、等電位連接、屏蔽、合理布線、專用接地系統和安裝電涌保護裝置等措施進行綜合防護。必須堅持預防為主，安全第一的指導方針。在設計綜合防雷時，應從雷電通道進行重點防護，同時做好等電位連接和接地系統。結合我礦的防雷現狀，主要針對地面監控系統（包括瓦斯監控，人員定位，產量監控），網絡通信系統，絞車機控制系統，通風系統等重點部位從電源和信號，等電位連接三個方面進行精細完善。

三、防雷依據

（一）《建筑物防雷設計規范》 GB50057—2010（2010）

（二）GB50343—2008 《建筑物電子信息系統防雷設計規范》

（三）BG/T21545—2008 《通信設備過電壓過電流保護導則》

（四）《電氣裝置安裝工程接地裝置施工及驗收規范》 GB50169—2006

（五）《雷電防護第一部分：總則》 GB/T21714.1-2008

四、實施方案

坪湖煤礦位于江西省中部，當地年平均雷暴日為58d/a，為多雷區，礦區土壤電阻率較大，初步測量為1000歐姆，不利于雷電流的泄放。該礦為五十年代老礦，各種新舊線路和管道錯綜復雜，分布凌亂，防雷裝置歷經多次整改，多處防雷設施已經劣化失效，新增設備也有相當一部分沒有采取防雷措施。

監控機房（主辦公大樓二樓），總配箱內2個32A空氣開關前端裝有一臺SPD，但已經劣化失效，根據《建筑物防雷設計規范》GB50057—2010（2010）4.3.8第4款之規定，本案擬更換一臺SPD，型號為DXH06-FCS/4r40（原有接地符合要求），共1臺。

調度室及其機房和控制臺（主辦公大樓二樓），該機房內總電源經刀閘開關引入，沒有防雷措施。因此在此刀閘前端并聯一臺SPD，作為第二級（第一級在總配電房）電涌保護，型號選用DXH06-FCS/4r40，并在該機房內的兩個機柜內個增設兩臺防雷插座，作為第三級電涌保護器件，型號為DXH06-Z20/7K。對9路監控的視頻信號，分別在端口處加設一臺信號SPD，型號選用QFL06-V40，共9臺。調度控制臺有多次被雷擊損壞的情況，故在其R232串口輸入端加設一臺SPD，型號為QFL06-DB9/9。監視器機架需要做等電位連接。

通風科總配箱內SPD已經劣化，需更換，型號選用DXH06-FCS/4r40。本室內有兩個網絡機柜，共有3臺交換機，均由光線傳入，輸出48路網線（RJ45），線路凌亂，機柜未做等電位連接。

程控交換機房，該機由光線引入，光線輸出到主辦公樓調度監控室，同時用普通BYV電話線傳到本樓內個單位。電源由隔離變壓器提供。為防止感應過電壓或電磁脈沖過電壓耦合到次級負載端，在隔離變壓器前端加設一級防雷箱，型號為DXH06-380ZJ/150，組合式交流防雷電源箱，安裝于墻上，要求采用凱文接線法并聯于變壓器進線端。該程控交換機的協議板多次被雷擊損壞。在機柜內程控交換機電源輸入端加第三級SPD，型號為DXH06-F/2DC48B40。

絞車房及其控制室，其中主控LPC（S7-300）有多次被雷擊損壞的記錄。在低壓總配電柜設置一臺BC級防雷模塊，型號為DXH06-FBCS/3+1B150，在PLC柜內24V開關電源輸出端設置一臺SPD，型號選用DXH06-FZ/24W10，其RS232輸入端設置1臺SPD，型號選用QFL06-DB9/9。絞車控制臺下副PLC機柜內，設置一臺三級電源SPD（DXH06-Z10/5K），替換現有的普通插座。

壓風機房，半戶外形式，電源開關屏由不銹鋼柵欄隔離，電源線路由橋架架空沿建筑物外墻引入。電源為三相四線制，中性點沒有接地，無接地系統。在總電源開關前端設置一級組合式交流防雷箱，型號為DXH06-380ZJ/150，安裝于墻上，同時在棚架內破水泥地面重做地網，要求沖擊接地電阻不大于4歐姆。橋架、不銹鋼柵欄接屏體架均須做等電位接地。

主皮帶機房，東西抽風機房，由于其電源均由電纜架空橋架引入，均各設置一級一級組合式交流防雷箱，型號為DXH06-380ZJ/150，安裝于墻上，共3臺。橋架、柜體體均須做等電位接地。

五、結語

通過我礦技術人員的共同努力，全面提高應對防雷電災害的技術實施，近年來，沒有因打雷而引起設備損壞，確保了公眾的生命、財產安全，為礦井的安全生產提供了保障。

作者簡介：陳劍，1971年12月8日生，男，大專學歷，工作單位：江西煤業集團有限責任公司坪湖煤礦機電科。