提高地面供電系統耐雷水平的方法

楊翠芳

(大同煤礦集團有限責任公司煤峪口礦，山西 大同 037003)

山西省大同地區一般在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地面變電所以及該集團變電站全部分布在周邊山區。山區雷電活動多，土壤電阻率突變幅度大，線路及電氣設備易受雷擊。強大的直擊雷電流從被擊物流入大地時，產生熱效應、機械效應破壞性極大，經過輸電線路桿塔向導線放電的絕緣子串反擊閃絡，造成電氣設備的反擊擊穿破壞;感應雷電在供電線路上的電壓、電容串并聯反射、折射閃絡反復迭加，導致感應過電壓可達幾萬伏至幾十萬伏，特別是對于10 kV以下電氣設備和線路造成威脅破壞。

供電網發生雷擊易造成落閘事故，一旦發生停電引起礦井主排風機停止運行和局部通風機停止運行，井下瓦斯集聚，瓦斯濃度超限，工作人員生命受到威脅;雷擊引起的大面積停電引起運轉中的大型設備突然斷電，主副井提升機發生斷繩，溜罐事故造成人身及設備安全;主排水管道承受巨大反壓發生爆裂，電機反向高速旋轉，損壞電機或水泵。雷擊引起的大面積停電，恢復送電時間長，尤其供電設備引起爆炸，恢復送電，設備重新起動到恢復正常生產，一般至少需2 h，影響井下通風的同時，直接影響礦井生產。

《煤礦安全規程》規定，井上、下必須裝設防雷裝置，并遵守下列規定:經由地面架空線路引入井下的供電線路和電機車架線，必須在入井處裝設防雷裝置，通信線路必須在入井處裝設熔斷和防雷裝置。

1 提高地面供電系統耐雷水平的方法

1)為提高變電所進、出口線路防雷設施的性能，采用氧化鋅避雷器代替傳統的閥型避雷器，可有效地提高線路、電氣設備的接雷水平。

由于閥型避雷器其缺點是內部結構絕緣差，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)組成不符合標準要求，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，最為嚴重的是直接破壞電氣設備和供電線路。針對其存在的缺點，通過使用新型產品替代閥型避雷器增強該礦供電設施的防雷、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，采用氧化鋅避雷器提高了輸電線路防雷、耐雷水平，提高了供電設施雷雨天氣安全可靠運行的系數。事實證明，雷雨天氣該礦供電設施從過去的掉閘率7%降到了1%，大幅度提高了該礦供電設施的耐雷水平，降低了事故率，提高了復用率，降低了勞動強度，同時降低了防雷、接雷設施的使用成本。每年可降低直接經濟投入10萬元，沒有造成大面積停電，減少了因停電而造成的停產間接經濟損失25萬元。利用氧化鋅避雷器代替閥型避雷器，提高供電設施的耐雷、接雷水平。

2)優化施工工藝、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。

接地網是變電所(站)防雷的基礎，沒有合格的接地網絡，其它一切防雷設備均起不到作用。該礦桿塔均分布在山區，水土流失嚴重，土壤覆蓋山石巖體的薄厚不一，這種環境造成了該礦配電網接地體大部分埋設區域為高電率地區。據不完全統計，該礦配電網接地體電阻率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，根據桿、塔分布和區域電阻率P的值，設計了幾種優化施工工藝、縮短工藝流程、降低施工成本、降低接地系統接地電阻方案。

a)連續延伸增加接地體的長度和根數。

在單一接地的高電阻區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，焊接根數為6～8根。在實施(埋設)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，在60 m范圍內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。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，然后再埋設黃土。經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，達到標準值。此方法有效地增加了水平接地體的長度和根數，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 處和礦內煙囪、各處變壓器臺20處計算，接地極每基平均節省鋼筋80 m，大約100 kg，共節省鋼筋 3.6 t，每噸成品鋼筋計4 000元，節省資金: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，以往采用2根連續伸長的接地體，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，據實測連續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，往往在連續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填滿水，使地坑內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，在施放降阻劑后變為 4.3 Ω 和 4.6 Ω，完全達到標準，有效地減少了鋼材的使用。

因此，在大面積高電阻充滿地區，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，節省工資費用:(16+20)×10×2×70－(16+20)×3×70=4.284 萬元。

經過優化施工后的桿、塔接地電阻值在2013—2014近兩年每次巡檢實測中都達到標準值(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，有個別接地裝置受雷，但都能夠有效地接雷，未造成礦井電氣設備損壞和大面積停電。如果礦井一類負荷線路受雷后引起的大面積停電、大型電氣設備的突然停電，其造成的人身和設備的安全隱患及經濟損失是無法估量的。

2 結束語

綜上可知，此套供電系統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絡，該礦采用了幾種優化施工工藝、縮短工藝流程、降低施工成本，降低接地系統接地電阻方案，提高了供電設施的耐雷、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。