某閘站降壓站防雷接地設計復核

宋靜萍

摘 要：以某閘站降壓站避雷器遭受雷擊損壞為切入點，以規程規范為依據，對降壓站現有防雷接地設計進行復核，并提出運行管理建議，避免雷擊損壞設備事故再次發生。

關鍵詞：雷擊損壞;雷電過電壓保護;接地保護;避雷器參數選擇

0 引言

我國每年因雷擊破壞建筑物及電氣設備的事件時有發生，為了避免給人們的經濟財產造成損失，確保工程順利運行，電氣設計必須采取一系列防雷接地的措施。盡管如此，工程中仍有可能發生避雷器雷擊炸裂、電氣設備雷擊損壞的情況，其原因是多方面的，筆者從設計的角度出發，對某降壓站現有防雷接地設計進行復核，并提出運行管理建議。

1 概況

某閘站降壓站電氣設備于2016年安裝并投入運行，2017、2018年連續兩次雷雨時其避雷器被擊穿，并均導致10kV高壓配電設施損壞。事故后，運行管理單位更換了所有損壞的設備。

2017年、2018年兩次避雷器被擊穿均為雷雨天氣，且根據事后與電力部門溝通，當時10kV線路未進行投切操作，初步確定事故與設備雷電過電壓關聯最大。因此設計復核主要為防雷接地設計復核。

2 設計復核

2.1 地理位置和氣候條件

此閘站布置在河北省保定市，位于平原開闊地區，其主要建筑物為閘門啟閉機室、電氣用房及管理用房等。

工程地處暖溫帶大陸性季風氣候區，海拔高度約73m，多年平均氣溫一般在12.3℃左右，多年平均降水量540.7mm，年內降水量的70～80%集中于汛期，多以暴雨形式出現。

根據《工業與民用供配電設計手冊（第四版）》中17.6.3章節全國主要城市氣象參數，保定市年平均雷暴日數為30.7d/a，根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）的分類，工程所在地屬于中雷區。

建筑物處土壤為粘性土和砂性土，按照各層土的厚度和接地體埋設深度，根據《工業與民用供配電設計手冊（第四版）》中表14.6-1 土壤和水的電阻率參考值，閘站電阻率近似值為300Ω·m。

2.2 閘站降壓站電氣設計方案

降壓站主要用電建筑物為閘門啟閉機室、電氣用房及管理用房等，設置1座10/0.4kV戶內變電站為用電負荷供電，并設置一套全自動型柴油發電機組作為二級負荷的備用電源。

降壓站10kV電源“T”接自附近10kV線路，新架10kV架空線路約280米，導線型號采用JKLGYJ-10-50型，設立水泥桿6基;6#終端桿至配電室10kV高壓電纜進線柜采用高壓電纜穿管暗敷，電纜型號為ZRA-YJV22-8.7/15kV-3×50，長度約50m。電源引接桿（原10kV線路桿塔改造）設置隔離開關，新架10kV線路首端1#、2#雙桿裝設柱上計量裝置，計量裝置進出線均設置3臺HY5WS-17/50避雷器，6#終端桿上裝設跌落式熔斷器和3臺HY5WS-17/50避雷器。降壓站電氣用房布置2面10kV高壓環網柜、1臺160kVA干式變壓器及4面GCS低壓柜。

在10kV線路計量桿、終端桿、閘門啟閉機室、電氣用房及管理用房四周設邊緣閉合的復合接地網，建筑物屋頂設置φ10熱鍍鋅圓鋼避雷帶。降壓站內工作、保護及防雷共用接地裝置，站內設置自動化電子設備，接地裝置的接地電阻要求不大于1Ω;按照《交流電氣裝置接地設計規范》GB/T 50065-2011第6.1.4條，新架架空線路首端和終端電桿接地電阻要求不超過10Ω。

2.3 防雷接地設計復核

本工程主要包括新架10kV輸電線路、變電站及配電系統部分，筆者主要按照《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》GB/T 50064-2014及《交流電氣裝置接地設計規范》GB/T 50065-2011涉及的條款，針對雷電過電壓保護措施，對上述部分進行防雷接地設計復核。

2.3.1 架空線路

（1）雷電過電壓保護

新架10kV架空線路約280米，導線型號采用JKLGYJ-10-50型，架空線有絕緣，無地線，位于中雷區。10kV水泥桿配電線路采用金屬橫擔。滿足《66kV及以下架空電力線路設計規范》GB 50061-2010第6.0.14條第3款要求。

降壓站引接10kV線路與35kV架空線路有交叉，交叉線路之間的距離大于5m，按《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）5.3.2條款要求，交叉檔兩端的10kV電桿無需考慮接地裝置。

（2）接地保護

架空線路首桿（即1#、2#計量桿）和尾桿（即6#終端桿）水泥桿設置接地裝置，水泥桿周圍敷設邊緣閉合的-40×4扁鋼水平接地網，并設置∠50×5×2500角鋼接地極，間距5m。接地裝置水平埋深為1m。桿上金屬構件、避雷器、設備外殼等均與接地裝置可靠連接，引下線采用-40×4扁鋼。接地體及接地引下線均做熱鍍鋅處理，接地裝置的連接均采用焊接。滿足《交流電氣裝置接地設計規范》GB/T 50065-2011第5.1.5和5.1.8條，以及《66kV及以下架空電力線路設計規范》6.0.17條的要求。

2.3.2 變電站進線段的雷電過電壓保護

為防止雷電侵入波產生過電壓，1#、2#計量桿的進出線均設置3臺HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護計量裝置，架空線和電纜連接處即6#終端桿上裝設3臺HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護電纜段。10kV高壓電纜進線處在10kV高壓電纜進線柜配置3臺HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護柜內設備。終端桿上及進線柜內避雷器接地端與接地裝置及電纜金屬外皮相連。滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》GB/T 50064-2014第5.4.13條第 12款要求。

2.3.3 變電站雷電過電壓及接地保護

根據《建筑物防雷設計規范》GB/T 50057-2010，廠區內建筑物按三類防雷建筑物設置直擊雷保護裝置，屋頂設置φ10熱鍍鋅圓鋼避雷帶，并設置接地引下線與主接地網相連。屋頂上設備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬構件均與接地裝置可靠連接。建筑物周圍敷設邊緣閉合的-40×4扁鋼水平接地網，并設置∠50×5×2500角鋼接地極，間距5m。接地裝置水平埋深為1m。接地體及接地引下線均做熱鍍鋅處理，接地裝置的連接均采用焊接。接地網設計滿足《交流電氣裝置接地設計規范》GB/T 50065-2011中對變電站接地的要求。

2.3.4 配電系統雷電過電壓保護

10kV高壓電纜進線柜配置HY5WS-17/50配電型避雷器，10kV高壓出線柜配置GPT-Z-12.7/31三相組合式過電壓保護器，其接地線均與接地裝置連在一起。

變壓器低壓側繞組配置Y3W-0.5/2.6低壓避雷器，其接地線與變壓器金屬外殼連在一起，以防止反變換波和低壓側雷電侵入波擊穿絕緣。

低壓柜0.4kV母線上設置浪涌保護器。

滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）5.5 條款要求。

2.3.5 無間隙氧化物避雷器參數選擇

本次重點復核曾遭受雷擊損壞處的避雷器技術參數。計量桿、終端桿及電纜進線高壓柜均配置HY5WS-17/50無間隙金屬氧化物避雷器，其主要參數包括避雷器持續運行電壓、額定電壓、標準額定頻率、標稱放電電流、2ms方波電流（峰值）、雷電沖擊下的最大殘壓等。

系統標稱電壓為10kV，系統最高電壓Um為12kV，10kV系統為不接地系統，則根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）表4.4.3：

額定頻率為50Hz

避雷器額定電壓為1.38Um=16.56 kV（相地）

避雷器持續運行電壓為1.1Um=13.2kV（相地）

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）6.3.1條文說明：

配電用避雷器標稱放電電流為5kA。

根據《交流無間隙氧化物避雷器》（GB 11302-2010）表1避雷器分類，表8避雷器長持續時間電流沖擊（方波沖擊電流）試驗要求，2ms方波電流（峰值）為75A。

根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范》（GB/T 50064-2014）表6.4.4及表6.4.6-1，變壓器及開關額定雷電沖擊耐受電壓為75kV，設備外絕緣的雷電沖擊耐壓配合系數為1.4，則避雷器雷電沖擊下的最大殘壓應小于75/1.4=53.57kV。

所選配電型避雷器為HY5WS-17/50（400A）型，避雷器額定電壓17kV，標稱放電電流為5kA，2ms方波電流（峰值）為400A，雷電沖擊下的最大殘壓為50kV，主要技術參數滿足規范要求。

3 結論

閘站降壓站防雷接地設計符合規程規范要求，主要設備參數選擇滿足規程規范要求及工程需要。

4 建議

4.1 避雷器解體查找損壞原因

2017、2018年避雷器連續兩年雷擊損壞，原因可能是多方面的，對于雷擊損壞的避雷器應進行解體分析，查找是否存在密封不良、內部受潮、外瓷套污穢嚴重、彈簧導流性能差、金屬支撐附屬件存在毛刺等原因，上述原因是導致避雷器爆炸的常見因素。

4.2 加強正在使用的避雷器監督

事故后更換的避雷器，應按《交流無間隙氧化物避雷器》（GB 11302-2010）第9章要求進行的試驗項目檢查，檢查廠家測試報告是否齊全，測試項目是否完整。

加強定期巡視，日常維護中，及時對污穢進行清掃。加強每年雷雨季節前的避雷器帶電測試。普及紅外熱像儀在避雷器運行監測中的應用，一旦發現溫度分布不正常時，進行跟蹤監測或停電試驗，避免發生事故。

4.3 檢查降壓站內防雷接地及過電壓保護實施情況

檢查戶外電桿及電氣用房防雷接地措施實施情況。計量桿上避雷器接地端與電桿接地裝置可靠連接;終端桿上及進線柜內避雷器接地端與接地裝置及電纜金屬外皮相連;桿上金屬構件、避雷器、設備外殼等均與接地裝置可靠連接;電氣用房設備基礎槽鋼、柜體等均與接地裝置可靠連接;檢查接地電阻滿足設計要求。

水工建筑物的防雷接地是一項系統工程，從設計、實施、產品選擇及運行管理等多方面嚴格把關，避免建筑物和電氣設備遭受雷擊危害。

參考文獻：

[1]GB/T 50064-2014.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規范.

[2]中國航空規劃設計研究總院有限公司 組編.工業與民用配電設計手冊（第四版）.北京：中國電力出版社，2016.

[3]童婷，趙海.氧化鋅避雷器故障及爆炸事故分析與防范措施.機電信息.2013（6）：70-71.