攀鋼電動鼓風站地網評估及防雷方案研究

田志崗 任小花 郭莜瑛 王強 蔡盛舟

（1. 西華大學，成都 610039；2. 攀枝花學院，四川 攀枝花 617000；3. 攀枝花電業局，四川 攀枝花 617067）

接地是電力系統的一個重要問題，接地的好壞直接關系到設備人身的安全[1]，全國各地就曾多次發生因接地網的問題而造成重大事故的事例。接地網特性參數測量的準確度，關系到正確判斷接地網的狀態，以及對運行中的接地網是否還需處理等問題。因此，提高特性參數測量的準確性是很重要的，否則將會造成資源的浪費和人身財產的損失。運用沖擊電流發生器產生的沖擊電流模擬雷電流對地網進行測試，能夠準確反映接地網的特性參數[2-4]，由于功率較小，不會對運行中的站所造成影響。攀鋼電動鼓風站的接地網由于腐蝕嚴重，已經不能滿足雷擊泄流時的通流容量，往往導致雷擊時燒斷接地網、使設備處于無接地狀態。這種情形在2004年遭受過電壓入侵時變壓器中性點接地上表現得尤其明顯，使變壓器在遭受過電壓時處于極度危險狀態。同時該站的架空進出線遭受雷擊的幾率都比較大，造成過電壓侵入站內時二次系統微機保護誤動、監控裝置死機甚至燒壞的事故。

1 原地網概況

對接地體腐蝕情況的有效評估是一項非常復雜的工程，最直觀有效的評估方法是全面開挖檢查。電氣設備維護規程規定：在有條件的地方，每隔15～20年應對接地體進行一次開挖檢查。攀鋼電動鼓風站已經運行了近40年，沒有進行過類似的檢查。攀鋼目前采用小電流檢測接地電阻的方法檢測誤差很大，而且不能檢測通流容量，不能對接地網進行有效評估。該站在建設時將內部重要設備與單獨的小地網連接，構成了主地網中有獨立小地網的格局。

近年來，在攀鋼電動鼓風站的三期建設中，先進的微機保護裝置得到了大量的應用。這些裝置較之傳統的電磁型裝置，其耐過電壓的能力要低得多。相關資料顯示：微機型保護裝置的耐壓水平為100V左右，而傳統電磁型保護裝置的耐壓相水平為1000V。微機型裝置對鼓風站的接地也相應地提出了更高更多的要求。在前幾年鼓風站運行中已經發生了微機保護裝置遭過電壓損壞的事實。因此，有必要對電動鼓風站接地網的情況進行研究評估。

2 地網測試結論及分析

采用沖擊電流幅值為 20～50A，波形接近標準雷電流（2.6/50μs）的沖擊電流發生器[5]，在 2011年11月11日對鼓風站地網特性參數進行測試，得出以下結論。

1）接地網接地電阻合格，小于0.5Ω。

2）電動鼓風站主地網分布接點連接合格。地網絕緣測試點阻抗小于 50mΩ，網點間電氣連通性基本良好。

3）電動鼓風站接地網設備節點電位差偏大，存在受雷電過電壓侵襲的安全隱患。在發生雷擊的情況下，主地網和獨立地網與中性點之間的電位差較大；電源接地體之間的電位差超過了二次設備的耐壓水平，建議增加電動鼓風站二次設備的防雷措施。

4）電動鼓風站主地網沖擊電位分布不均存在懸浮電壓安全隱患。應對地網網絡結構分布完善整治。

電動鼓風站接地網在建設時地網結構復雜，地下管線較多，并且旁邊有放散塔等較大的管線。根據試驗數據結果分析，電動鼓風站接地網存在的問題是主地網沖擊電位分布不均和接地網節點電位差偏大。主地網和獨立小地網對供電電源節點電位差按5kA雷電流沖擊校核已超過2500V，二次設備的絕緣耐壓都在 2500～3000V。電動鼓風站在受到雷擊時損壞二次設備的絕緣，因此建議增加電動鼓風站二次設備的防雷設施。

3 整改方案

針對鼓風站存在的問題，提出具體的整改方案，從技術改進方向和具體改造措施兩方面加以討論。

3.1 技術改進方案

該站地網電位分布受雷電過電壓侵襲時影響較大，足以對站內設備及人員構成危害，必須在雷電檢測和侵入途徑方面加以防護，其中以電源系統和信號系統的雷電侵入為主要隔離對象；針對接地網電位分布不均的情況，可通過改造電網結構加以改善。

1）雷電過電壓檢測與隔離

一年時間內對供電系統及獨立接地點的雷電沖擊過電壓幅值及分布進行測定；過電壓等級分布測量；各獨立接地點之間的雷電沖擊分布電位測定。進行電動鼓風站地網結構性、有效性、安全性、合理性的技術論證分析，對電動鼓風站系統保護裝置承受過電壓損壞的絕緣能力進行校核。

電源系統防雷侵入隔離措施是把獨立小地網連接的二次設備的電壓采用隔離電源，并與獨立小地網作等電位連接；配電系統電源防雷應采用三級避雷防護，避雷器采用的是B、C、D三級防雷的方式。第一級保護（B級）安裝在建筑物輸入電源總配電室內的進線配電柜上，或樓內單元輸入電源的主配電盤上，第二級保護（C級）主要安裝在設備配電柜上，第三極保護（D級）主要安裝于各個用電設備端，用于保護最終的用電設備。

信號系統防雷侵入隔離措施與電源防雷一樣，信號系統的防雷主要采用信號避雷器防雷。目前，數據網絡常采用的方式有電話線、專線、x.25、DDN和幀中繼等，通信網絡設備主要為調制解調器、DTU、路由器和遠程中斷控制器等。通常根據通信線路的類型、通信頻帶、線路電平等選擇通信避雷器，將通信避雷器串聯或并聯在通信線路上。

2）地網網絡結構整治與完善

采用等電位連接方式，將正常不帶電（或不傳輸信息）、未接地或未良好接地的設備金屬外殼、電纜的金屬外皮、建筑物的金屬構架、金屬管線的橋架與接地系統做電氣連接，防止在這些物件上由于感應雷過電壓或接地裝置上雷電入地高電位的傳遞造成對設備內部絕緣、電纜芯線的反擊。等電位連接的目的是減少需要防雷的空間內各金屬部件和各系統之間的電位差，防止雷電反擊。

在做好以上措施的基礎上，還應采用有效屏蔽、重復接地等辦法，避免雷電過電壓直接進入建筑物內配電系統和信號系統，盡可能采用埋地電纜引入，并用金屬導管屏蔽。屏蔽金屬管在進入建筑物或機房前重復接地，最大限度地衰減從各種線纜上引入的雷擊過電壓。

3.2 改造措施

在改造技術方案的基礎上，做出了具體的改造措施，主要包括以下幾個方面。

1）地網改造方案

圍繞鼓風站周圍重新安裝環形接地裝置，環形接地裝置與主接地網不少于規定點連接。水平接地線采用不小于40mm×4mm熱鍍鋅扁鋼。

在水平接地線上每隔 5m安裝新型高效低阻接地體MSD-Ⅲ。

MSD-Ⅲ在土壤中的阻值估算方法如下：

式中，L=1m，d=0.26m，h=0.8m，M0=0.3m。ρ為土壤電阻率，故 Ri=0.107ρ。

當ρ為100Ω·m時，單根MSD-Ⅲ的阻值為10.7Ω；當ρ為200Ω·m時，單根MSD-Ⅲ的阻值為21.4Ω。

在實際運用中常常多組接地體并聯使用，故并聯后多組接地體總接地電阻計算公式如下：

2）接地體安裝方式

（1）在接地體安裝處開挖一寬度不小于30cm，深度不小于80cm的地溝，水平地線與MSD-Ⅲ的連接線方式采用焊接，焊接點應做好防腐處理。

（2）環形接地裝置經過行人較多的地方，應使接地裝置局部埋設深度不小于 1m，或者鋪設 5～10cm的瀝青層。

（3）環形接地裝置與主接地網不少于規定點焊接連接，并做好防腐處理。

3）電源線路雷電防護

電源線路雷擊過電壓采用分流泄流，層層保護的模式。第一級采用通流容量大的電源避雷器（以下簡稱為SPD），其目的是在雷擊過電壓時，能很快的動作，并泄掉大部分雷電流，同時，電壓保護水平小于 4kV。以后級主要作用是起到箝壓的作用，并泄掉剩余雷電流。

本方案采用電源3級以上防雷保護，具體安裝位置及設備選型如表1所示。

表1 電源防雷的SPD安裝位置及型號參數

此外將重要設備（如微機、機柜等）的供電插座更換為插座型防雷器，其型號如下：

（1）MS20-02，適用于大多數設備的電源精細級保護。

（2）MS10J-1，適用于機房柜的電源精細級保護。

4）信號線路雷電防護

信號線路雷電防護常用方法是在線路上串接信號SPD，其目的是將從信號線路竄進的雷電流在泄放至大地，并將電壓限制到設備可以接受的范圍內。安裝位置及設備選型如表2所示。

表2 信號線防雷的SPD安裝位置及型號參數

5）接地、等電位連接及其他防雷措施

（1）電動鼓風接地

利用不小于30mm×3mm熱鍍鋅扁鋼與環形接地裝置焊接連接，連接點做可靠防腐處理（或采用不小于 50mm2多股銅塑線連接）。安裝在設備端的SPD接地線應就近接地。

（2）機房接地

在機房利用不小于30mm×3mm銅排設置一圈等電位連接母排，機房內電源SPD接地線（不小于10mm2多股銅塑線）、信號SPD接地線（不小于6mm2多股銅塑線）、保護接地線、工作接地線等應分別各自連接至等電位連接母排。等電位連接母排采用不小于50mm2多股銅塑線與環形接地裝置連接。共用接地裝置阻值應小于其中最小值，本方案為小于1Ω。進入機房內的各自金屬管線、鎧裝電纜的金屬層應就近接到等電位連接排上。

4 結論

能夠經受雷電侵襲時站所設備及工作人員的安全是評估地網優劣的重要標準。對地網的優化不僅考慮本身結構的改造，同時要加強雷電的防護與隔離，這樣才會達到綜合預防的最優效果。

攀鋼電動鼓風站經過以上方案改造后，在一年多的運行中，該接地網及SPD對站內設備的過電壓防護起到了很好的作用。針對目前國內電力系統接地裝置測試和評估工作比較單一，本文所提供的方法和整改方案有現實的指導意義，能夠應用于其他工程。

[1]何金良, 曾嶸. 電力系統接地技術[M]. 北京: 科學出版社, 2007.

[2]楊琳, 李建明. 沖擊接地電阻測量裝置的研制[J].電力系統自動化, 2008, 32(11): 93-96.

[3]張振軍, 李建明, 付東風, 等. 沖擊電流法測量變電站地網電阻[C]. 2008年中國電機工程學會年會論文集, 西安: 2008.

[4]崔宇, 李建明, 戴玉松. 基于沖擊電流法測量接地電阻的裝置[J]. 電力學報, 2009, 24（4）: 299-302.

[5]郭強, 李建明, 田志崗, 等. 采用獨立地網的變電站二次系統防雷測試分析[J]. 四川電力技術, 2012,35(2): 49-51.