煤礦供電系統(tǒng)防雷技術

李偉生

本文對煤礦供電系統(tǒng)防雷技術進行研究，首先介紹了雷電的形成和危害，然后針對煤礦供電系統(tǒng)防雷，分地面輸電線路、變電站兩部分進行介紹。地面輸電線路的防雷措施有架設避雷線等，變電站防雷主要為裝設避雷器等。

煤礦供電系統(tǒng)對供電的可靠性要求嚴格，在雷電多發(fā)區(qū)如山區(qū)等地，為防止雷電入侵煤礦供電系統(tǒng)，毀壞設備，造成供電中斷，也為了避免在惡劣的情況下，雷電入侵到煤礦井下電力系統(tǒng)，造成井下瓦斯爆炸，人員傷亡的嚴重事故，需要對煤礦供電系統(tǒng)的防雷保護進行設計。

煤礦供電系統(tǒng)對供電的可靠性要求嚴格，在雷電多發(fā)區(qū)如山區(qū)等地，為防止雷電入侵煤礦供電系統(tǒng)，毀壞設備，造成供電中斷，也為了避免在惡劣的情況下，雷電入侵到煤礦井下電力系統(tǒng)，造成井下瓦斯爆炸，人員傷亡的嚴重事故，需要對煤礦供電系統(tǒng)的防雷保護進行設計。

1 雷電的形成與危害

自然界中實際雷電的形成過程復雜，但僅從雷電造成的后果來看，雷擊過程可簡單地理解為一個大的電流波通過空氣中的放電通道注入地面的雷擊點，若擊中輸電線路或是信號線上，則雷電流繼續(xù)沿著線路分左右方向前進。雷云放電時電流最大能達到300KA 左右，持續(xù)80us 左右。如此大的雷電流通過線路流入配電系統(tǒng)中的變配電所中，會直接燒毀變配電所中的設備，造成供電中斷。

有的雷電雖然不會直接打在線路或輸配電設備上，但雷電流會引起雷擊點附近的輸電線路或是信號線產(chǎn)生電磁感應，感應出過電壓。感應雷這種過高的電壓直接加在變配電所中的設備上會造成設備的擊穿毀壞。感應雷波及的范圍廣，雷擊點方圓2km 的范圍內(nèi)的線路都可能感應出過電壓，從而造成設備損壞。

雷擊發(fā)生時，雷電流經(jīng)過接地電阻流入大地，由U=IR+L（di/dt）獲知接地網(wǎng)的電位會被抬高。變配電所中的設備外殼通過地線與接地網(wǎng)進行等電位連接，其電位也會被提升，造成與電源線、信號線較大的電壓差，從而進行反擊，毀壞設備，且可能對人員造成危害。

地面輸電線路防雷

煤礦供電系統(tǒng)進線多為架空線，一般均需架設避雷線，特別是在雷電多發(fā)的山區(qū)等地。避雷線不僅能夠防止雷電直接擊中輸電線路，而且能夠降低雷電加在線路絕緣子上的過電壓防止閃絡，并且可以減小輸電線路感應出的過電壓。

在架設有避雷線的桿塔接地電阻值不應超過表1 所列的數(shù)值。為降低接地電阻可增大人工接地體的面積，可采用降阻試劑的方法。降阻試劑是由幾種化學物質(zhì)混合而成的試劑，具有良好的導電性，把降阻試劑鋪設在接地體周圍土壤中能夠有效降低桿塔接地電阻。另外也可通過爆破技術，將低電阻率物質(zhì)填充入接地體周圍土壤中，改善土壤導電能力從而降低接地電阻。

通過裝設線路避雷器，能夠有效地起到防雷的作用。雷電打到線路上時，一部分雷電流沿線路、桿塔流入地下，一部分雷電流則會因避雷器動作，流入地下。避雷器有鉗制電位的作用，防止雷電過電壓的產(chǎn)生，防雷效果顯著，且對接地電阻要求并不嚴格。

2 煤礦供電系統(tǒng)的防雷

表1 設有避雷線的桿塔接地電阻值要求

煤礦供電系統(tǒng)地面輸電線路防雷措施還有裝設重合閘設備、合理設計線路絕緣等。

地面變電所防雷

煤礦供電系統(tǒng)地面變電所一般均裝有防雷保護系統(tǒng)。一是為了防止雷電流通過線路入侵煤礦供電系統(tǒng)中的地面變電所，或是線路上感應出的雷電過電壓入侵地面變電所，造成變電所設備毀壞的事故；二是為了防止雷電通過煤礦地面供電系統(tǒng)入侵到井下變電所，造成設備損毀、嚴重情況下可能造成瓦斯爆炸、人員傷亡的嚴重后果。

煤礦供電系統(tǒng)地面變電所防雷保護可分為外部防雷保護和內(nèi)部防雷保護。

外部防雷保護主要防護直擊雷，在變電所外部裝設接閃器（避雷針、避雷帶等）、引下線、接地體等。接閃器的設計方法有滾球法、網(wǎng)格法、保護角法等。其中保護角法適用于結(jié)構(gòu)簡單的建筑物或大型建筑物的一部分，煤礦地面變電站安裝接閃器便可以采用保護角法進行設計；滾球法實用范圍廣，可以應用于各種建筑物；網(wǎng)格法特別適合于平面的保護。引下線的作用是把接閃器接收的大的雷電流引導到地下接地體，使雷電流流向大地深處，在煤礦地面變電站中可以采用墻體內(nèi)部的鋼筋作為引下線。接地體同樣也可以采用煤礦地面變電站地基內(nèi)的鋼筋，當然也可以人工鋪設地下接地體，接地電阻大小值一般推薦小于10 歐。

煤礦供電系統(tǒng)地面變電所內(nèi)部防雷指的是裝設防雷保護裝置（也稱為浪涌保護器），其作用是泄放瞬時性的大雷電浪涌電流、限制雷電感應巨大的瞬時過電壓或者操作過電壓，避免因雷電等瞬時故障造成設備毀壞。防雷保護裝置并聯(lián)在煤礦供電系統(tǒng)地面變電所電器設備的兩端，其工作原理如圖1 所示。在變電站被保護設備正常工作時，與它并聯(lián)的防雷保護裝置成高阻狀態(tài)，對設備正常運行沒有影響。當雷電流入侵時，防雷保護裝置阻值迅速降低，雷電流會沿著防雷保護裝置通過接地體泄放入地下，避免雷電流燒毀設備，并且防雷保護裝置能夠在雷電入侵時，把被保護設備兩端的電壓鉗制在較低的水平，防止雷電過電壓對設備的毀壞。當瞬時性雷擊結(jié)束后，防雷保護裝置又立馬恢復到高阻狀態(tài)，變電站設備也恢復到在正常電壓供電下的工作狀態(tài)。

防雷保護裝置按照不同材質(zhì)大體上可分為火花間隙型、壓敏電阻型、二極管型三類，如圖2 所示。按泄流能力的大小又可分為I 級、II 級、III 級防雷保護裝置。在煤礦供電系統(tǒng)地面變電所中，常采用三級防雷保護的設計方法。第I 級防雷保護裝置泄放電流能力強，一般采用火花間隙型，安裝在變電站線路入口處，減小后續(xù)防雷保護裝置的泄流能力。第II 級防雷保護裝置主要限制雷電過電壓，一般采用壓敏電阻型，安裝在變電站設備附近，但泄流能力比第I 級防雷保護裝置要小。第III 級防雷保護裝置用于提供精細保護，可保護監(jiān)控后臺、工程師站電腦等設備，一般采用壓敏電阻型或二級管型。

圖1 防雷保護裝置工作示意圖

圖2 防雷保護裝置分類圖

3 結(jié)語

本文對煤礦供電系統(tǒng)防雷技術進行研究，重點研究了地面輸電線路、變電站防雷技術。防雷技術應用在煤礦供電系統(tǒng)特別是雷電多發(fā)區(qū)如山區(qū)等地，能有效防止雷電的危害，避免雷電毀壞電氣設備，造成惡性安全事故，保證供電的安全可靠。