提高地面供电系统耐雷水平的方法

杨翠芳

(大同煤矿集团有限责任公司煤峪口矿，山西 大同 037003)

山西省大同地区一般在7月中旬至8月中旬天气热潮是雷电集中期。大同煤矿集团煤峪口矿高压供电系统地面变电所以及该集团变电站全部分布在周边山区。山区雷电活动多，土壤电阻率突变幅度大，线路及电气设备易受雷击。强大的直击雷电流从被击物流入大地时，产生热效应、机械效应破坏性极大，经过输电线路杆塔向导线放电的绝缘子串反击闪络，造成电气设备的反击击穿破坏;感应雷电在供电线路上的电压、电容串并联反射、折射闪络反复迭加，导致感应过电压可达几万伏至几十万伏，特别是对于10 kV以下电气设备和线路造成威胁破坏。

供电网发生雷击易造成落闸事故，一旦发生停电引起矿井主排风机停止运行和局部通风机停止运行，井下瓦斯集聚，瓦斯浓度超限，工作人员生命受到威胁;雷击引起的大面积停电引起运转中的大型设备突然断电，主副井提升机发生断绳，溜罐事故造成人身及设备安全;主排水管道承受巨大反压发生爆裂，电机反向高速旋转，损坏电机或水泵。雷击引起的大面积停电，恢复送电时间长，尤其供电设备引起爆炸，恢复送电，设备重新起动到恢复正常生产，一般至少需2 h，影响井下通风的同时，直接影响矿井生产。

《煤矿安全规程》规定，井上、下必须装设防雷装置，并遵守下列规定:经由地面架空线路引入井下的供电线路和电机车架线，必须在入井处装设防雷装置，通信线路必须在入井处装设熔断和防雷装置。

1 提高地面供电系统耐雷水平的方法

1)为提高变电所进、出口线路防雷设施的性能，采用氧化锌避雷器代替传统的阀型避雷器，可有效地提高线路、电气设备的接雷水平。

由于阀型避雷器其缺点是内部结构绝缘差，散热特性差，易受潮，密封性差以及火花间隙及非线性电阻(阀片)组成不符合标准要求，接雷、防雷性能差，更换频繁，接雷后极易造成大面积掉闸停电，最为严重的是直接破坏电气设备和供电线路。针对其存在的缺点，通过使用新型产品替代阀型避雷器增强该矿供电设施的防雷、耐雷水平，并取得良好效果。对该矿地面所有变电所的防雷措施进行改造:引进浙江瑞泰电气有限公司的输电线路防雷先进技术，采用氧化锌避雷器提高了输电线路防雷、耐雷水平，提高了供电设施雷雨天气安全可靠运行的系数。事实证明，雷雨天气该矿供电设施从过去的掉闸率7%降到了1%，大幅度提高了该矿供电设施的耐雷水平，降低了事故率，提高了复用率，降低了劳动强度，同时降低了防雷、接雷设施的使用成本。每年可降低直接经济投入10万元，没有造成大面积停电，减少了因停电而造成的停产间接经济损失25万元。利用氧化锌避雷器代替阀型避雷器，提高供电设施的耐雷、接雷水平。

2)优化施工工艺、缩短工艺流程、降低施工成本，有效可靠地降低杆、塔接地电阻。

接地网是变电所(站)防雷的基础，没有合格的接地网络，其它一切防雷设备均起不到作用。该矿杆塔均分布在山区，水土流失严重，土壤覆盖山石岩体的薄厚不一，这种环境造成了该矿配电网接地体大部分埋设区域为高电率地区。据不完全统计，该矿配电网接地体电阻率P在10 000 Ω·m以上。

为了提高线路耐雷水平，有效可靠地降低杆、塔接地电阻，根据杆、塔分布和区域电阻率P的值，设计了几种优化施工工艺、缩短工艺流程、降低施工成本、降低接地系统接地电阻方案。

a)连续延伸增加接地体的长度和根数。

在单一接地的高电阻区域延长的接地极采用4×50镀锌扁钢上每隔1 m焊接1根合格的局部地极管，焊接根数为6～8根。在实施(埋设)中采用35 mm2的钢绞线，增加接地体的长度，考虑到单根接地射线的特性，把长度控制在60 m以内，在60 m范围内寻找到电阻率相对较低便于挖开接地沟的地点，开始平挖6 000(8 000)mm×500 mm×2 500(3 000)mm的地沟，将焊接好的局部接地极和钢绞线对接后埋入接地沟内。对于干噪的接地坑使用砂子、木炭和食盐混合物填充(砂子∶食盐=6∶1)覆盖至接地极顶端，然后再埋设黄土。经过此种方式的降阻处理后，原来杆、塔接地电阻由 60 ～100 Ω，降至3.6 ～4.6 Ω，达到标准值。此方法有效地增加了水平接地体的长度和根数，同时简化了接地体安装时施工工艺，提高了工作效率。按该矿主通风供电线路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#(入井电源)等 16 处和矿内烟囱、各处变压器台20处计算，接地极每基平均节省钢筋80 m，大约100 kg，共节省钢筋 3.6 t，每吨成品钢筋计4 000元，节省资金:3.6×4 000=1.44万元。

b)合理地施用降阻剂减少钢材的使用量。

由于钢材成本较高，在大面积高电阻率地区，以往采用2根连续伸长的接地体，将相邻杆塔接地体在地下相互连接，因雷电流在连续伸长接地体中的传播是波过程，为防止接地体的开断处遭受雷电反击，据实测连续伸长接地体的开断处阻抗要控制在15～30 Ω.为了达到最低P值的地区，往往在连续延长接地体的过程中每次需要钢筋200 m左右。该矿采取施用降阻剂的方法是在杆塔接地体上并联1块合格的接地极板，深埋在1.5 m以下，并在接地极板的周围上下填充降阻剂，有条件的情况下利用水源将接地板坑内填满水，使地坑内的降阻剂完全覆盖地极板并和周围土壤有效地黏合在一块，这样有效地降低了P值，并且只用35 mm2钢绞线14～15 m、0.6 m2接地极板1块。施工中实测到该矿西二主扇双回路电源3528#、3516#由原来的49 Ω、51 Ω，在施放降阻剂后变为 4.3 Ω 和 4.6 Ω，完全达到标准，有效地减少了钢材的使用。

因此，在大面积高电阻充满地区，该矿合理地采用降阻剂，不仅减少了钢材的使用量，而且有效地降低了杆塔的接地电阻值，降低了杆塔接地电阻及土壤的P值。提前加工延长接地体，施工只需3人，节省了开挖地沟的人工费用，并且缩短工期为一天，按每基需要人工10人，工期为2天，每工70元计，节省工资费用:(16+20)×10×2×70－(16+20)×3×70=4.284 万元。

经过优化施工后的杆、塔接地电阻值在2013—2014近两年每次巡检实测中都达到标准值(氧化锌避雷器在5 Ω以下、针式避雷器10 Ω以下)。在7—9月份的雷雨季节，有个别接地装置受雷，但都能够有效地接雷，未造成矿井电气设备损坏和大面积停电。如果矿井一类负荷线路受雷后引起的大面积停电、大型电气设备的突然停电，其造成的人身和设备的安全隐患及经济损失是无法估量的。

2 结束语

综上可知，此套供电系统氧化锌避雷器的使用及降低接地电阻工艺流程的改进，提高了线路、电气设备的接雷水平，有效可靠地降低了杆、塔接地电阻。对于阀型避雷器的缺点及没有合格的接地网络，该矿采用了几种优化施工工艺、缩短工艺流程、降低施工成本，降低接地系统接地电阻方案，提高了供电设施的耐雷、接雷水平。此方法带来的远景效益可观，值得有类似情况的矿井推广使用。