煤礦瓦斯電站的防雷設計淺析

成榮杰

摘 要：對于煤礦企業來說，生產安全的意義尤為深刻。而煤礦瓦斯電站由于采用易爆氣體作為發電物質，在遭受雷擊后易造成重大的經濟損失。基于此，本文論述了煤礦瓦斯電站的相關防雷措施。

關鍵詞：煤礦瓦斯；電站；防雷

中圖分類號：TD76 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）09-0181-01

煤礦瓦斯發電，既可以有效地解決煤礦瓦斯事故、改善煤礦安全生產條件，又有利于增加潔凈能源供應、減少溫室氣體排放，達到保護生命、保護資源、保護環境的多重目標。因此我國鼓勵煤礦坑口煤層氣（煤礦瓦斯）發電項目的建設。

由于煤礦企業的特殊性，電網對供電可靠性有著極高的要求，煤炭企業應加強礦區電網防雷，防止直擊雷、感應雷過電壓事故，提高供電可靠性，保障生產安全。瓦斯電站又是礦區電力系統中存在的特殊電廠，做好瓦斯電站的防雷對礦區安全運行有著極其重要的意義。

1 背景簡介

三水溝低濃度瓦斯電站位于沁水縣嘉峰鎮張山村西北部，寺河礦三水溝瓦斯泵站西南側，該地區屬晉城電網的供電范圍。

該瓦斯電站裝機容量為6×1.0MW，發電機出口電壓為6.3kV。結合接入系統確定的并網電壓等級（35kV），瓦斯電站設1臺三相油浸式無勵磁調壓升壓變壓器，容量為8MVA，電壓等級為35/6kV，6臺發電機經升壓變壓器通過35kV聯絡線在三水溝35kV變電站與系統并網，瓦斯電站6kV及35kV均采用單母線接線方式，6kV配電裝置、35kV配電裝置、廠用變壓器以及380V配電裝置均布置在箱式變電站中。主要發電設備采用國外先進水平的德國曼海姆（MWM）TCG2020 V20燃氣發動機發電機組及配套設備和控制設備，即6×2MW集裝箱式燃氣內燃發電機組。建成投產后，電廠具備6MW的發電能力。

2 防直擊雷措施

當雷電直接擊在瓦斯電站的某個部件上時，被擊中的物體會在瞬間產生出較大的熱量，這樣很容易引起瓦斯氣體快速膨脹、燃燒，進而引起爆炸。若是雷電流通過截面較小的金屬件時，則可能引起該金屬件熔化，從而對瓦斯發電系統造成影響。下面就電站主要建筑物防直擊雷措施進行分析：（1）安裝在電站廠區外的瓦斯防散管為不可控放散管，高度約10m，根據相關規范要求，該放散管應按第一類防雷建筑物設防，放散管需保護距離管口處水平距離5m，管帽以上垂直距離2.5m。本設計采用接閃線作為瓦斯放散管的直擊雷防護。由于瓦斯放散管布置在山坡上，根據兩基接閃塔高度布置的位置，考慮地形高差，兩基接閃塔高度不同，本設計以瓦斯放散管位置標高為基準，接閃塔相對高度按30m考慮。接閃塔與放散管具體位置詳如圖1所示。接閃線塔接地極不與電站主接地網連接，其接地裝置的接地電阻不應大于10Ω，否則應延長接地線或追加接地極。接閃線塔接地裝置與電站內人工接地網距離不應小于3m。（2）集裝箱式瓦斯發電機組煙囪高度相對室外地坪約12.5m，根據《建筑物防雷設計規范》（GB50057-2010）4.3.2條的規定，集裝箱式瓦斯發電機組煙囪不用專門設接閃線等防直擊雷的防雷措施，但應將瓦斯發電機組煙囪與瓦斯發電機機組通過接地線可靠連接，保證形成電氣通路。箱式變電站利用箱變殼體做接閃器，箱式變電站通過不同處的接地線與廠區接地網可靠連接，保證形成電氣通路。（3）聯合建筑等輔助用房利用金屬屋面板做接閃器，利用鋼柱做引下線，并在引下線下端設斷接卡箱，斷接卡通過接地線與室外接地網連接，該接地線在地面以上應穿改性塑料管或橡膠管等加以保護。

3 防閃電電涌侵入措施

閃電電涌侵入是指由于金屬管道對雷電的傳導的作用，雷電波可能沿著這些管線侵入屋內，危及人身安全或損壞設備。

瓦斯管路進出瓦斯電站的位置處應當與防雷電感應的接地裝置進行可靠連接； 與建筑距離在100m以內的管道，應當每間隔25m左右接地一次，其沖擊接地電阻不得大于30Ω，同時可利用金屬支架或鋼混支架的焊接、綁扎鋼筋網作為引下線，可將其鋼筋混凝土基礎作為接地裝置； 埋地或地溝當中的金屬管道，在進出建筑物的位置處等電位應連接到等電位連接帶或防雷電感應的接地裝置上。

4 防感應雷措施

閃電放電時，在泵站導體上產生的閃電靜電感應和閃電電磁感應，可能使金屬部件之間產生火花放電，易引起瓦斯氣體爆炸和燃燒。

泵站內的設備、管道、構架、電纜金屬外皮、鋼屋架、鋼窗等較大金屬物和突出屋面的放空管，采用L50mm×5mm 鍍鋅扁鋼與防閃電感應的接地裝置相連。平行敷設的抽采管道、構架和電纜金屬外皮等長金屬物，其凈距離小于100mm時，應用金屬線跨接，跨接點的間距不應大于30m；交叉凈距離小于100mm時，其交叉處也應跨接。當長金屬物的彎頭、閥門、法蘭盤等連接處的過渡電阻大于0.03Ω時，連接處應用金屬線跨接。

5 結語

三水溝瓦斯電站的防雷保護主要包括集裝箱式瓦斯發電機組、聯合建筑等輔助設施、放散管及輸送管路3大類型。本文主要對這三類的防雷接地進行了分別闡述，主要考慮直擊雷保護、感應雷保護、閃電電涌侵入保護等三個方面。

直擊雷保護：所有可能遭受直擊雷的部位應安裝接閃塔、接閃線、接閃器等導體，并連成整體，最后引入大地泄流。

閃電電涌侵入保護：進出建筑物的架空金屬管道，在進出處與接地裝置可靠連接。

感應雷保護：發電機組及配套箱變內易受過電壓破壞的設備，安裝避雷器、防雷器或電涌保護器等設備。

參考文獻

[1]周裕濤.煤礦企業的防雷設計與應用[J].科技創新與應用，2016，（25）：37-38.

[2]畢然.淺析小型煤礦防雷裝置檢測要點[J].黑龍江氣象，2016，33（02）：39.

[3]屈志生.煤礦35kV線路防雷技術及線路安全性提升[J].煤炭與化工，2016，39（04）：110-111+116.

[4]趙鐵英，王玉梅，李鵬霄.鶴煤礦區35kV供電線路防雷方案研究[J].電力科學與工程，2016，32（03）：37-42.