提高地面供電系統(tǒng)耐雷水平的方法

楊翠芳

(大同煤礦集團有限責(zé)任公司煤峪口礦，山西 大同 037003)

山西省大同地區(qū)一般在7月中旬至8月中旬天氣熱潮是雷電集中期。大同煤礦集團煤峪口礦高壓供電系統(tǒng)地面變電所以及該集團變電站全部分布在周邊山區(qū)。山區(qū)雷電活動多，土壤電阻率突變幅度大，線路及電氣設(shè)備易受雷擊。強大的直擊雷電流從被擊物流入大地時，產(chǎn)生熱效應(yīng)、機械效應(yīng)破壞性極大，經(jīng)過輸電線路桿塔向?qū)Ь€放電的絕緣子串反擊閃絡(luò)，造成電氣設(shè)備的反擊擊穿破壞;感應(yīng)雷電在供電線路上的電壓、電容串并聯(lián)反射、折射閃絡(luò)反復(fù)迭加，導(dǎo)致感應(yīng)過電壓可達幾萬伏至幾十萬伏，特別是對于10 kV以下電氣設(shè)備和線路造成威脅破壞。

供電網(wǎng)發(fā)生雷擊易造成落閘事故，一旦發(fā)生停電引起礦井主排風(fēng)機停止運行和局部通風(fēng)機停止運行，井下瓦斯集聚，瓦斯?jié)舛瘸蓿ぷ魅藛T生命受到威脅;雷擊引起的大面積停電引起運轉(zhuǎn)中的大型設(shè)備突然斷電，主副井提升機發(fā)生斷繩，溜罐事故造成人身及設(shè)備安全;主排水管道承受巨大反壓發(fā)生爆裂，電機反向高速旋轉(zhuǎn)，損壞電機或水泵。雷擊引起的大面積停電，恢復(fù)送電時間長，尤其供電設(shè)備引起爆炸，恢復(fù)送電，設(shè)備重新起動到恢復(fù)正常生產(chǎn)，一般至少需2 h，影響井下通風(fēng)的同時，直接影響礦井生產(chǎn)。

《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定，井上、下必須裝設(shè)防雷裝置，并遵守下列規(guī)定:經(jīng)由地面架空線路引入井下的供電線路和電機車架線，必須在入井處裝設(shè)防雷裝置，通信線路必須在入井處裝設(shè)熔斷和防雷裝置。

1 提高地面供電系統(tǒng)耐雷水平的方法

1)為提高變電所進、出口線路防雷設(shè)施的性能，采用氧化鋅避雷器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的閥型避雷器，可有效地提高線路、電氣設(shè)備的接雷水平。

由于閥型避雷器其缺點是內(nèi)部結(jié)構(gòu)絕緣差，散熱特性差，易受潮，密封性差以及火花間隙及非線性電阻(閥片)組成不符合標(biāo)準(zhǔn)要求，接雷、防雷性能差，更換頻繁，接雷后極易造成大面積掉閘停電，最為嚴(yán)重的是直接破壞電氣設(shè)備和供電線路。針對其存在的缺點，通過使用新型產(chǎn)品替代閥型避雷器增強該礦供電設(shè)施的防雷、耐雷水平，并取得良好效果。對該礦地面所有變電所的防雷措施進行改造:引進浙江瑞泰電氣有限公司的輸電線路防雷先進技術(shù)，采用氧化鋅避雷器提高了輸電線路防雷、耐雷水平，提高了供電設(shè)施雷雨天氣安全可靠運行的系數(shù)。事實證明，雷雨天氣該礦供電設(shè)施從過去的掉閘率7%降到了1%，大幅度提高了該礦供電設(shè)施的耐雷水平，降低了事故率，提高了復(fù)用率，降低了勞動強度，同時降低了防雷、接雷設(shè)施的使用成本。每年可降低直接經(jīng)濟投入10萬元，沒有造成大面積停電，減少了因停電而造成的停產(chǎn)間接經(jīng)濟損失25萬元。利用氧化鋅避雷器代替閥型避雷器，提高供電設(shè)施的耐雷、接雷水平。

2)優(yōu)化施工工藝、縮短工藝流程、降低施工成本，有效可靠地降低桿、塔接地電阻。

接地網(wǎng)是變電所(站)防雷的基礎(chǔ)，沒有合格的接地網(wǎng)絡(luò)，其它一切防雷設(shè)備均起不到作用。該礦桿塔均分布在山區(qū)，水土流失嚴(yán)重，土壤覆蓋山石巖體的薄厚不一，這種環(huán)境造成了該礦配電網(wǎng)接地體大部分埋設(shè)區(qū)域為高電率地區(qū)。據(jù)不完全統(tǒng)計，該礦配電網(wǎng)接地體電阻率P在10 000 Ω·m以上。

為了提高線路耐雷水平，有效可靠地降低桿、塔接地電阻，根據(jù)桿、塔分布和區(qū)域電阻率P的值，設(shè)計了幾種優(yōu)化施工工藝、縮短工藝流程、降低施工成本、降低接地系統(tǒng)接地電阻方案。

a)連續(xù)延伸增加接地體的長度和根數(shù)。

在單一接地的高電阻區(qū)域延長的接地極采用4×50鍍鋅扁鋼上每隔1 m焊接1根合格的局部地極管，焊接根數(shù)為6～8根。在實施(埋設(shè))中采用35 mm2的鋼絞線，增加接地體的長度，考慮到單根接地射線的特性，把長度控制在60 m以內(nèi)，在60 m范圍內(nèi)尋找到電阻率相對較低便于挖開接地溝的地點，開始平挖6 000(8 000)mm×500 mm×2 500(3 000)mm的地溝，將焊接好的局部接地極和鋼絞線對接后埋入接地溝內(nèi)。對于干噪的接地坑使用砂子、木炭和食鹽混合物填充(砂子∶食鹽=6∶1)覆蓋至接地極頂端，然后再埋設(shè)黃土。經(jīng)過此種方式的降阻處理后，原來桿、塔接地電阻由 60 ～100 Ω，降至3.6 ～4.6 Ω，達到標(biāo)準(zhǔn)值。此方法有效地增加了水平接地體的長度和根數(shù)，同時簡化了接地體安裝時施工工藝，提高了工作效率。按該礦主通風(fēng)供電線路3516#、3528#(西二主扇)、3517#、3527#(西四主扇);210#、220#、3540#、217#、227#(主、副井提升)、218#、225#、211#、221#、230#、3535#、3547#(入井電源)等 16 處和礦內(nèi)煙囪、各處變壓器臺20處計算，接地極每基平均節(jié)省鋼筋80 m，大約100 kg，共節(jié)省鋼筋 3.6 t，每噸成品鋼筋計4 000元，節(jié)省資金:3.6×4 000=1.44萬元。

b)合理地施用降阻劑減少鋼材的使用量。

由于鋼材成本較高，在大面積高電阻率地區(qū)，以往采用2根連續(xù)伸長的接地體，將相鄰桿塔接地體在地下相互連接，因雷電流在連續(xù)伸長接地體中的傳播是波過程，為防止接地體的開斷處遭受雷電反擊，據(jù)實測連續(xù)伸長接地體的開斷處阻抗要控制在15～30 Ω.為了達到最低P值的地區(qū)，往往在連續(xù)延長接地體的過程中每次需要鋼筋200 m左右。該礦采取施用降阻劑的方法是在桿塔接地體上并聯(lián)1塊合格的接地極板，深埋在1.5 m以下，并在接地極板的周圍上下填充降阻劑，有條件的情況下利用水源將接地板坑內(nèi)填滿水，使地坑內(nèi)的降阻劑完全覆蓋地極板并和周圍土壤有效地黏合在一塊，這樣有效地降低了P值，并且只用35 mm2鋼絞線14～15 m、0.6 m2接地極板1塊。施工中實測到該礦西二主扇雙回路電源3528#、3516#由原來的49 Ω、51 Ω，在施放降阻劑后變?yōu)?4.3 Ω 和 4.6 Ω，完全達到標(biāo)準(zhǔn)，有效地減少了鋼材的使用。

因此，在大面積高電阻充滿地區(qū)，該礦合理地采用降阻劑，不僅減少了鋼材的使用量，而且有效地降低了桿塔的接地電阻值，降低了桿塔接地電阻及土壤的P值。提前加工延長接地體，施工只需3人，節(jié)省了開挖地溝的人工費用，并且縮短工期為一天，按每基需要人工10人，工期為2天，每工70元計，節(jié)省工資費用:(16+20)×10×2×70－(16+20)×3×70=4.284 萬元。

經(jīng)過優(yōu)化施工后的桿、塔接地電阻值在2013—2014近兩年每次巡檢實測中都達到標(biāo)準(zhǔn)值(氧化鋅避雷器在5 Ω以下、針式避雷器10 Ω以下)。在7—9月份的雷雨季節(jié)，有個別接地裝置受雷，但都能夠有效地接雷，未造成礦井電氣設(shè)備損壞和大面積停電。如果礦井一類負(fù)荷線路受雷后引起的大面積停電、大型電氣設(shè)備的突然停電，其造成的人身和設(shè)備的安全隱患及經(jīng)濟損失是無法估量的。

2 結(jié)束語

綜上可知，此套供電系統(tǒng)氧化鋅避雷器的使用及降低接地電阻工藝流程的改進，提高了線路、電氣設(shè)備的接雷水平，有效可靠地降低了桿、塔接地電阻。對于閥型避雷器的缺點及沒有合格的接地網(wǎng)絡(luò)，該礦采用了幾種優(yōu)化施工工藝、縮短工藝流程、降低施工成本，降低接地系統(tǒng)接地電阻方案，提高了供電設(shè)施的耐雷、接雷水平。此方法帶來的遠景效益可觀，值得有類似情況的礦井推廣使用。