煤矿35 kV架空线路的防雷保护效果探讨

2014-07-30郝仲怀

山西焦煤科技 2014年2期

郝仲怀

(阳煤集团五鑫煤业有限公司，山西保德 036604)

近年来，随着煤矿对安全的要求越来越高，35 kV线路的防雷也应加强，而35 kV电力系统线路的设计中，仅在进、出线1～2 km段内装设避雷线防雷。通过对阳煤集团五鑫煤业有限公司与孙家沟煤矿的跟踪调查，发现五鑫煤业采用的全线路装设避雷线避雷效果较好。因此，采用全线路装设避雷线来防直接雷。

1 煤矿35 kV选用全线路避雷线的必要性

实际运行经验表明，输电线路的故障一半以上是雷电引起的。煤矿是一类用电大户，主扇停电10 min就是矿井重大事故，会给矿井工作人员和设备带来严重危害。一般情况下，只要35 kV站双回路同时遭受到雷击，就会造成全矿35 kV站停电，主扇停机，如恢复供电后，再启动风机，一般都超过10 min，成为矿井的重大事故。

随着科学技术的进步，煤矿对供电的要求也越来越高，要求人员定位系统和瓦斯监察监控系统都要实时上传给上级主管部门或者煤炭安全监察局，这就对煤矿供电的可靠性提出了更高要求。在现代化矿井中，信息化技术得到广泛应用，每个矿井基本都建成以调度为中心的信息化网络，煤矿从井上到井下，对危险源都进行实时监控，如井下瓦斯一旦超限就会通过网络信号直接发送给有关人员，以便及时处理安全隐患。近年来，计算机控制技术越来越多地在煤矿中应用，如提升皮带的控制、副立井提升人员、主要通风机的监察等，这些都要求提高供电的可靠和供电的质量。一旦断电或者电压不稳都会对这些设备带来严重影响，甚至危及人员的生命安全。

在雨季，尤其是雷击多发区，雷击成为危害煤矿供电安全的主要原因之一。为了减少输电线路的雷击故障，确保煤矿供电线路的可靠运行，防雷击成为主要任务。防止35 kV线路遭受雷击最有效的方法是架设避雷线。

2 五鑫矿与孙家沟矿防雷效果的比较

五鑫煤矿地处山西省忻州市保德县孙家沟乡土门村，线路所经过的地形为典型黄土高原地貌，沟壑纵横，局部冲刷严重，全线地形均为一般山地。据当地气象部门资料显示全年雷电日约40天。

五鑫煤矿35 kV变电站于2012年6月建成并送电，35 kV线路由保德东局110 kV变电站供给五鑫35 kV变电站，线路总长12 km，防雷采用全线路架设避雷线防雷，并在易击区加设避雷器来防直接雷。送电运行后，跟踪调查至2013年9月，运行15个月，因雷击造成该线路(局五线)跳闸仅1次。

和五鑫矿处于同一地点的孙家沟煤矿，其35 kV站也是由保德东局110 kV站供电，线路总长9 km，供电线路方向与五鑫矿同向，即“局孙线”，采用了进线1 km段装设避雷线来防雷。该站于2012年2月送电，运行至2013年9月(运行2个夏季)，“局孙线”因雷击发生跳闸事故就多达28次。其中2013年8月8日，一天内“局孙线”遭受雷击跳闸次数高达7次，而五鑫35 kV变电站在同一天里“局五线”没有发生跳闸事故。

在地形、位置、供电线路、供电条件都相同的条件下，五鑫矿采用了全线路装设避雷线，而孙家沟矿只在进线1 km装设避雷线，五鑫矿因雷击造成跳闸的次数明显减少。因此，采用全线路装设避雷线比只在进线1 km段装设避雷线防雷击的效果好。

3 全线路与进、出线段装设避雷线技术的比较

3.1 进、出线1～2 km段装设避雷线

目前，35 kV线路在电力系统设计中仍采用进、出线1～2 km段内装设避雷线来防直接雷，但为使避雷线保护段以外的线路受雷击时对侵入变电所内的电压进行限制，一般在避雷线两端处的线路上装设管型避雷器。进、出线1～2 km段装设防雷保护接线方式示意图见图1。

图1 35 kV进、出线段装设避雷线防雷示意图

当进线段外侧无避雷线段线路受雷击时，雷电波经过一段线路衰减后变形，陡度会降低，但仍很大，经F1对地放电后，降低了雷电过电压值。管型避雷器F2作用是变电所35 kV双回路供电时，一回路运行，另一回路备用，断路器处于断开位置，当雷电波到达断路器触头就会产生全反射，电压可升高1倍，烧坏断路器，如果没有F2保护，触头间介质将被击穿，就会产生陡度的侵入波到变电所，对变电所内的电气设备绝缘造成危害。

3.2 全线路架设避雷线

全线路架设避雷线是在35 kV线路的上方全程架设1根GJ－35(35 kV线路一般安装35 mm2的钢绞线)的钢绞线作为避雷线，并在进出线两端安装管型避雷器，见图2。

图2 35 kV全线路装设避雷线防雷示意图

避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用:

1)分流作用是减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位。

2)通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压。

3)对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

而F2、F3管型避雷器作用是防止雷电波在断开的断路器QF处产生过电压击坏断路器。

4 雷击对输电线的影响及措施

4.1 按雷击性质可分为直击雷和感应雷

1)直击雷。当空间电荷集中在一起形成雷电云，雷电云随空气流动遇到输电线路时，在输电线路上产生过电压，通过输电线路经杆塔或者直接经过变电站设备击穿绝缘形成放电通道放电。雷云放电时，引起很大的雷电流，可达几十甚至几百kA，从而产生极大的破坏作用。

2)感应雷。当雷击中输电线路附近的大地或物品时，产生静电感应，使输电线路上积累大量的电荷，从而产生感应电压。感应雷电压幅值一般达到300～400 kV，击穿60～80 cm的空气间隙，对于35 kV以下的水泥杆会引起闪络事故。

4.2 雷电主要危害

1)高压效应。雷电云击中输电线路时，会产生高达数万V甚至十万V的冲击电压，这样大的电压瞬间冲击电力设备，足以击穿绝缘体使设备发生短路，导致燃烧、爆炸等直接灾害。

2)电流热效应。当雷电击中输电线路时，会放出几十至上百kA的电流，这样大的电流会使输电线路发热，产生高温，导致输电线路熔化，进而引起火灾。

3)机械效应。输电线路被击中时，产生的大电流，使输电线路之间产生强大的磁场力，这种磁场力远远大于输电线路正常承受力，从而破坏输电线路。

4.3 架设避雷线的措施

当雷电云接近避雷线时，雷电流经过:避雷线—塔杆—大地放电，使输电线路面免受雷电荷的冲击。

为了不影响避雷线的防雷效果，每年在雨季来临之前应主要做好以下几个方面的工作:

1)对输电线路的绝缘子进行擦试检查，防止绝缘子上的尘土降低绝缘，如果绝缘子有裂缝的必须进行更换。

2)检查避雷线的完好，防止绣蚀、断丝，并且检查使用过程中的避雷线，若拉长，弛度太大，与输电线路间距不够，就要重新拉紧。

3)做好测试工作。避雷线的主要作用是通过线—塔—大地释放电荷，每年1次的测试工作很重要。《电力作业安全规程》规定，接地总电阻不得大于10 Ω，确保从避雷线到大地有良好的接地电阻是保障避雷线避雷的关键。对接地电阻不合格的必须进行处理，方法主要有:

a)检查避雷线与塔杆之间的接触电阻，看是否存在接触不良，一般使用镀锌连接件连接。

b)检查塔杆与大地的接触电阻。若不合格，就要对接地桩进行处理，通常是挖开接地桩，在其周围注入食盐，加土覆盖后，再注入水。

4.4 全线路架设避雷线防雷的投资分析

全线路架设避雷线防雷与只在进、出线1～2 km段内装设避雷线防雷比较，前者缺点是投资大。现阶段，从煤矿安全出发，安装架空避雷线在煤矿安全投入占的比例非常小。五鑫煤业年产量90万t，每年的安全投入达500万元。而1 km GJ－35钢绞线避雷线的成本为:钢绞线2385元/km，金具800元/km，加上安装费用，合计1 km避雷线成本约4000元。以五鑫煤业为例，线路总长12 km，避雷线安装成本为4.8万元，而雷击给煤矿带来的损失却非常大，五鑫煤业两年来，仅受到的1次雷击直接损失就达15万元。因此，在煤矿35 kV线路上安装避雷线从投资上是合理的。