對現代水泥廠變電站防雷接地的淺談

王巍巍

(中國中材國際工程股份有限公司，210000)

對現代水泥廠變電站防雷接地的淺談

王巍巍

(中國中材國際工程股份有限公司，210000)

近年來，隨著水泥產業的蓬勃發展和大規模DCS控制系統的廣泛應用，現代水泥廠電氣設計對防雷、防電磁脈沖等保護措施的要求也越來越高。防雷接地設計是水泥廠工程設計中的重要組成部分。

水泥廠；變電站；防雷接地

1.背景資料

防雷接地設計是水泥廠工程設計中的重要組成部分,水泥廠電氣設計對防雷、防電磁脈沖等保護措施的要求也越來越高。加強對變電站防雷和接地系統出現問題對策的分析，對防人身、電網和設備安全有著重要意義。

雖然我國電力系統防雷接地工程雖然取得了飛速發展，但依然存在一些問題和不足需要改進，出現過一些事故，如2001年2月，山東棗莊地區一大型水泥廠計算機系統遭受雷擊，使部分DCS模塊和計算機燒壞。象這些由于水泥廠接地和防雷措施不當，引起的信號干擾及過電壓損壞計算機設備的事例，時有報道。為此水泥廠必須妥善處理好接地和防雷技術工作。變電站的防雷和接地問題既非常的復雜又至關重要不可或缺，它的好與壞直接對電氣系統的設備和人身的安全造成嚴重的后果。

2.變電站防雷接地的必要性

變電站的接地網是用于工作接地、防雷接地、保護接地的重要設施，是確保人身、設備、電網安全的重要環節。接地網屬于隱蔽工程，在施工和運行中容易被忽視。當出現雷擊等事故時，如接地網有缺陷，短路電流無法在土壤中擴散，則會導致接地網電位升高，設備金屬外殼帶電而危及人身安全以及擊穿二次保護裝置的絕緣，甚至損壞設備，擴大事故，破壞電網系統穩定。

電力系統的安全運行有兩方面的要求，一是要保證設備及人身的安全，二是要保證電力系統的正常運行。這些都與接地裝置的設計是分不開的。在以往電力的規程中，在跨步電壓滿足的前提下，發電廠、變電站的接地電阻應小于0.5歐姆的標準。然而在新的電力規程《交流電氣裝置的接地》中，對接地電阻有了更高的要求；另一方面，在電力系統的規模逐漸擴大的同時，而短路電流卻隨之增加，這也對接地設計的難度大大加高了。在高土壤電阻率區，這一問題尤為突出，因此對降低接地的電阻必須采用各種措施。

3.變電站防雷接地常見問題

如：1）設備的防雷水平達不到設計要求損壞設備；2）接地引線下和接地網施工工藝不規范；3）中性點放電間隙布置錯誤；4）中性點引下線無可靠接地；5）擴建地網與原接地網連接不可靠；6）主網與避雷針網的安全距離不夠；等。

4.水泥廠變電站防雷接地的技術要點

4.1 防雷裝置的設置

水泥廠應充分利用屋頂鋼筋網和金屬欄桿作為接閃器，合理利用柱內主筋作引下線，利用基礎內鋼筋作接地體。但設計實施時，應注意：1）對圓庫筒倉類建筑，需敷設專門的人工避雷引下線。因為圓庫筒倉在施工時，沿庫壁圓周布置的縱向受力鋼筋外形相同或相似，采用庫壁受力鋼筋作避雷引下線時，在混凝土分層澆注后，無法再找到原已施焊的鋼筋繼續施焊。未施焊的鋼筋在混凝土震搗過程中極易錯位，利用錯位不連續施焊的鋼筋做引下線，無法保證良好的導電性。2）作引下線的柱內主筋必須自下而上可靠焊接，并與屋面作接閃器的鋼筋網、欄桿、作接地體的樁筋與承臺作牢固的焊接，使之成為可靠的電氣通道。對于一些豎直管道，如大立管等應分別于頂端和底端與防雷裝置連接，對其中間斷開，不能形成電氣通路的需設跨接線。3）防雷裝置的駁接處必須焊接，采用綁扎有安全隱患，因為在一些潮濕多雨的地方，由于鋼筋的銹蝕，水泥澆注時的振動，使鋼筋綁扎接口成為不良接觸，使應該作為防雷接地系統的各部分鋼筋連接體未能形成良好的電氣通路，不利于雷電流的泄放；其次，防雷裝置的駁接處綁扎，各接口的過渡電阻值不同，將影響雷電流的平衡分布；其三，經過雷電流的沖擊可能使綁扎點相當于點焊一樣，被熔接起來，但雷電沖擊使綁扎點發生焊接的可能性是不均勻的，而每次雷電流的“點焊”結果，已經使建筑物經歷了一次局部的災害，無論是墻柱體爆裂，或者是“點焊”處周邊產生的強烈電磁感應，對高層建筑及人體和設備的損害是顯然的。4）應采用外墻柱網，不宜用建筑內柱網主筋作防雷引下線，以避免引雷時，強大的雷電流產生的電磁干擾影響建筑內設備的運行。5）為避免雷電電磁脈沖感應對弱電信號的干擾，應合理布線，信號電纜以及地線的布放應盡量集中在建筑物的中部，其電纜線槽以及地線線槽的布放應盡量避免緊靠建筑物立柱或橫梁，并與之保持較遠的距離。6）為限制過電壓，根據《建筑物電子信息系統防雷技術規范》（GB50343-2004），對計算機及信息設備應安裝適配的浪涌保護器（SPD）。

4.2 等電位聯結

由于水泥廠建筑物以多層廠房、圓庫、金屬框架及一些輕鋼堆棚為主，這些建筑物一般為現澆鋼筋混凝土、金屬構架結構，建筑物內部鋼筋網和金屬構件大部分都是焊接或綁扎在一起的,只要有目的地把建筑物內部鋼筋網和金屬構件與建筑物的金屬管道、電纜金屬屏蔽層、保護接地、PE線、防雷建筑物的接地線，進行可靠電氣連接，就可使整個建筑物成為良好的等電位體。實施等電位聯結后，建筑物內的結構鋼筋與各種金屬設備及金屬管線連接成了統一的導電體，當雷電襲擊的時候，建筑物內部和附近設備、構件等大體上是等電位的，這樣建筑物內也就不會產生反擊和危及人身電擊的事故。

因此，建筑物實施上述等電位連接后，將使整個建筑物成為一個良好的法拉第網籠，建筑物內的電子、計算機等自控設備將受到很好的屏蔽保護作用，對防止雷電電磁脈沖干擾微電子設備將有很大的好處。

4.3 公共接地（聯合接地）

建筑物防雷系統，尤其是泄流系統的設計對感應電壓的幅值有明顯的影響。在設計時應根據實際情況采用最優方案，盡量減少感應，同時也要采取其他措施以保護敏感的弱電設備。

現在的水泥廠建筑物密集，各種地下金屬管道、電纜金屬屏蔽層和各大金屬構件密布，要使各接地網隔離并保持足夠的距離（真正獨立），在實際設計和施工中是難以做到的，即便在新建系統時做到了，在日后的系統維護和改造中也極易受到破壞。采用這種不能真正獨立的“獨立接地”系統，是相當危險的，因為建筑物在遭受直接雷擊時，雷電流將沿建筑物防雷系統中各引下線和接地體入地，在此過程中，雷電流將在防雷系統中產生暫態高電壓，如果引下線與周圍設備絕緣距離不夠且設備與避雷系統不共地，將在兩者之間出現很高的電壓，并會發生放電擊穿，導致設備嚴重損壞，甚至人身安全。

現代化水泥廠建筑由于很難滿足防雷裝置與其它設施和接地系統安全隔離距離的要求，所以各接地系統應采用公共接地系統。公共接地系統可采用基礎接地網作為強電、弱電及防雷的共同接地裝置，當接地電阻達不到要求時，可補設人工接地體。

4.4 一點接地和共用接地電阻

采用公共接地引起的干擾中最主要的是工頻干擾, 產生的原因主要是共阻耦合，即當線路上存在兩點或多點接地時，當地電位升高，兩點的電位不同，信號地線和地回路將形成通路，而在信號線上產生環流，當兩個電路電流流經一個公共阻抗時，一個電路上的電流在這個公共阻抗上形成的電壓會影響到另一個電路，從而引起共阻耦合和低頻接地環路干擾。通過一點接地，可避免共阻耦合引起的干擾。

為減少干擾，水泥廠應采用單點接地系統，整個建筑物的接地等電位連接采用樹干式結構，單點接地采用絕緣線連接，各層或各段的低頻信號工作接地均應直接接到單點接地板上，不得形成環路。單點接地系統不應與用作防雷引下線的柱子平行，以防強磁場干擾。建筑物主接地板應置于建筑物的最底層，且直接與基礎或室外接地裝置連接。

接地電阻按各接地網中要求的最小電阻設置，采用自然接地體達不到接地電阻要求時，可沿基礎四周補設人工接地體。

5.結語

總之，水泥廠的變電站防雷接地常見問題的解決是至關重要的，因此，在水泥廠變電站的后續發展中，要不斷提高管理人員素質，加強對管理的重視，嚴格變電站防雷措施管理體系，提高變電站防雷接地常見問題的處理水平。

TQ172

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1007-6344（2015）09-0015-01