東破35kV變電站防雷接地改造

郭俊良

（江西銅業集團公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

東破35kV變電站主要承擔采區作業和大山選廠原礦粗碎站等供電負荷。它位于德興銅礦銅廠采區南麓，地處山區，容易遭受雷擊， 根據我廠電力系統運行數據統計，采區供電設施遭受雷擊跳閘事故占總跳閘事故的60.2%，極大影響采區生產供電的穩定。

2 主要存在的問題

（1）采區35kV供電線路避雷器擊穿后造成線路單相接地，進而發展成兩相接地短路跳閘，使故障進一步擴大，嚴重影響供電線路的正常運行。

（2）按照國家電網電力安全規程相關要求［1］，變電站設備接地的接地阻值應≤0.5Ω，變電站房屋及避雷針接地的接地阻值應≤10Ω。2017年2月，經工程技術人員搖測發現該站主變壓器設備接地電阻值達13.5Ω，避雷針、房屋接地阻值達40Ω，達不到規程要求的電力設施阻值要求，供電設施一旦遭受雷擊，將無法有效引導泄放雷擊電流，造成設備燒毀，嚴重影響變電站及供電設備的安全穩定運行。

3 改造方案及內容

3.1 采用線路脫扣式避雷器，提升線路防雷保護效果

礦區35kV供電線路大多沿山脊架設，經常遭受雷擊跳閘，雖然桿塔裝設有避雷器保護，但避雷器內部擊穿后，造成線路單相接地，巡線人員通過外表難以發現避雷器好壞，一方面遲緩了搶修時間，另一方面，此時如發生其它相接地，將造成兩相接地短路故障［2］，使事故進一步擴大，給礦山帶來極大的損失。

所謂脫扣式避雷器就是在金屬氧化鋅避雷器下端接線端子上串接一個脫離器［3］，接地線采用長300mm的紡織軟銅線，以保證避雷器本體分離后有足夠的安全距離。當避雷器遭受雷擊發生故障時，利用工頻短路電流讓脫離器動作，使脫離器接地端自動脫開，避雷器退出運行，防止事故進一步擴大，同時不影響線路的正常運行，并給出故障避雷器空對空可見性脫離標識，便于維護人員及時發現故障點進行維護和更換［4］。在避雷器處于正常工作狀態時，脫離器不動作并呈低阻抗（與避雷器相比），不影響系統原工作狀態和避雷器的保護特性，從而保障供電線路的正常運行。

目前我礦已在采環線311（318）、富環線321（312）、富家塢采區環線313（314）等多條35kV線路應用了脫扣式避雷器，效果明顯，大減少了故障排除時間，提高了線路供電穩定性。

3.2 采用四極法測量變電站接地電阻，計算出所需接地極棒支數

測試儀表為ZC-8型接地測量儀，四根極棒布設在一條直線上，極棒間距a取5m，各極棒打入地下深度為極棒間距a的1/20，取25cm，根據公式ρ=2πaR測得變電站大門口R=41Ω、ρ=1287.4Ω·m，左后側R=36Ω、ρ=1130.4Ω·m，右后側R=34Ω、ρ=1067.6Ω·m等三處接地阻值，受季節影響，土壤電阻率按1.2倍修正［5］，再根據電阻率及阻值要求，確定所需接地坑點個數及接地布局。編制好施工方案，準備好相應材料，做好施工前的一切準備工作。

（1）變電站設備接地的接地阻值降至1Ω時所需要電極計算公式N=0.0275×ρ/R-0.4，N為所需接地極支數，ρ取土壤電阻率中間值1356.48Ω·m，R為接地電阻最大值，N=0.0275×1356.48/1-0.4=37（個）。

（2）變電站避雷針接地的接地電阻降至10Ω時所需要電極計算公式N=0.0275×ρ/R-0.4，N為所需接地極支數，ρ取土壤電阻率中間值1356.48Ω·m，R為接地電阻最大值，N=0.0275×1356.48/10-0.4=4（個）。

3.3 應用銅覆鋼接地極，提升接地抗腐蝕性能

采用優質Q235低碳鋼，經過大縮徑冷拉加工，增強了抗拉強度，且又保持韌性，外鍍99.9%純銅，鍍銅鋼材料由于具有良好的導電性能、較高的機械強度、尤其是外部包覆的銅層具有良好的抗腐蝕性能，借鑒國外技術的基礎上研制開發的用水平電鍍工藝，克服了電鍍法和套管包覆法存在的結合力差等缺陷，具有銅層厚、阻值低、耐腐蝕性強、強度高、安裝方便、電氣連接性能好等優點，可與接閃器（避雷針、避雷線）及引下線組成防雷接地裝置［6］。鍍銅鋼接地棒是選用柔軟度比較好，含碳量在0.10%～0.30%優質低碳鋼，采用特殊工藝將高導電的電解銅均勻的覆蓋到圓鋼表面，厚度在0.25～0.5mm，該工藝可以有效的減緩接地棒在地下氧化的速度，組合型中的接地棒帶有螺紋是采用軋輥螺紋槽加工螺紋，保持了鋼與銅之間緊密連接，確保高強度，具備優良的電氣接地性能。

3.4 優化接地網施工技術，提升防雷接地效果

（1）主接地網施工，水平接地網敷設之前，要檢查開挖深度。先放主線，后放分支線，扁鋼先校直再焊接，焊接搭接長度不小于2倍扁鋼寬度，接地網主線應連成閉合體，離建筑物不少于1.5m；

（2）垂直接地極施工，成孔后，將長度為2.5m的直徑為50鋼管墊上木塊打入設計深度，頂端露出150mm與水平接地體焊接。

（3）設備接地施工，電氣裝置的接地應與單獨的接地干線連接，不得在一個接地線上串幾個需要接地的電氣裝置、主變等主要設備的接地體分別引下雙根接地線與主網相連接，并分別引至主網的不同點。

4 實施效果

（1）防雷接地改造實施后，變電站接地電阻值達標，具體見表1。

從表中可以看出變電站設備接地和避雷針接地均達到了標準要求。

（2）提升了變電站防雷接地水平。變電站與雷擊有關的電氣事故，多數與接地網的接地電阻值不達標有關，接地網起著工作接地和保護接地的雙重作用，當雷電波襲擊時，不能有效泄放雷電流，會產生很高的殘壓，破壞絕緣而造成設備損壞，同也危及運行人員的生命安全。因此，接地電阻值達標后，大大提升了變電站的防雷接地水平，保護了站內設備和人員安全。

表1 變電站接地的電阻值比較 Ω

（3）通過變電站防雷接地改造，減少了設備故障停電時間，提高了生產、環保供電的穩定性，也由此增加了供電量，產生直接經濟效益達13.2萬元以上。計算依據如下：

對東破變電站近3年因雷擊造成供電故障停電次數進行統計：2016年53次，2015年40次，2014年36次，平均每年43次（每次停電2h以上）。2017年項目實施后明顯降低了因雷擊造成供電故障停電次數，僅有17次。因此，按故障次數下降而增加供電量計算1年的經濟效益。

改造前因雷擊故障年均少供電約38萬kW·h，改造后因故障年均少供電約16萬kW·h，，較往年多供電約22萬kW·h，。因此，年經濟效益按0.6元/度電計算為：（38萬kW·h，-16萬kW·h，）×0.6元/kW·h，=13.2萬元。

5 結語

針對東破變電站及供電線路容易遭受雷擊，造成跳閘事故，通過分析供電設施防雷接地存在的問題，提出應用脫扣式避雷器、銅覆鋼接地極以及四極法測量接地電阻等防雷技術，優化接地網施工技術，有效提升了采區供電設施的防雷水平，保障生產供電穩定，為改進采區供電設施的防雷技術提供了參考經驗。