对现代水泥厂变电站防雷接地的浅谈

2015-04-08王巍巍

四川水泥 2015年9期

关键词：水泥厂雷电电位

王巍巍

(中国中材国际工程股份有限公司，210000)

对现代水泥厂变电站防雷接地的浅谈

王巍巍

(中国中材国际工程股份有限公司，210000)

近年来，随着水泥产业的蓬勃发展和大规模DCS控制系统的广泛应用，现代水泥厂电气设计对防雷、防电磁脉冲等保护措施的要求也越来越高。防雷接地设计是水泥厂工程设计中的重要组成部分。

水泥厂；变电站；防雷接地

1.背景资料

防雷接地设计是水泥厂工程设计中的重要组成部分,水泥厂电气设计对防雷、防电磁脉冲等保护措施的要求也越来越高。加强对变电站防雷和接地系统出现问题对策的分析，对防人身、电网和设备安全有着重要意义。

虽然我国电力系统防雷接地工程虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，出现过一些事故，如2001年2月，山东枣庄地区一大型水泥厂计算机系统遭受雷击，使部分DCS模块和计算机烧坏。象这些由于水泥厂接地和防雷措施不当，引起的信号干扰及过电压损坏计算机设备的事例，时有报道。为此水泥厂必须妥善处理好接地和防雷技术工作。变电站的防雷和接地问题既非常的复杂又至关重要不可或缺，它的好与坏直接对电气系统的设备和人身的安全造成严重的后果。

2.变电站防雷接地的必要性

变电站的接地网是用于工作接地、防雷接地、保护接地的重要设施，是确保人身、设备、电网安全的重要环节。接地网属于隐蔽工程，在施工和运行中容易被忽视。当出现雷击等事故时，如接地网有缺陷，短路电流无法在土壤中扩散，则会导致接地网电位升高，设备金属外壳带电而危及人身安全以及击穿二次保护装置的绝缘，甚至损坏设备，扩大事故，破坏电网系统稳定。

电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行。这些都与接地装置的设计是分不开的。在以往电力的规程中，在跨步电压满足的前提下，发电厂、变电站的接地电阻应小于0.5欧姆的标准。然而在新的电力规程《交流电气装置的接地》中，对接地电阻有了更高的要求；另一方面，在电力系统的规模逐渐扩大的同时，而短路电流却随之增加，这也对接地设计的难度大大加高了。在高土壤电阻率区，这一问题尤为突出，因此对降低接地的电阻必须采用各种措施。

3.变电站防雷接地常见问题

如：1）设备的防雷水平达不到设计要求损坏设备；2）接地引线下和接地网施工工艺不规范；3）中性点放电间隙布置错误；4）中性点引下线无可靠接地；5）扩建地网与原接地网连接不可靠；6）主网与避雷针网的安全距离不够；等。

4.水泥厂变电站防雷接地的技术要点

4.1 防雷装置的设置

水泥厂应充分利用屋顶钢筋网和金属栏杆作为接闪器，合理利用柱内主筋作引下线，利用基础内钢筋作接地体。但设计实施时，应注意：1）对圆库筒仓类建筑，需敷设专门的人工避雷引下线。因为圆库筒仓在施工时，沿库壁圆周布置的纵向受力钢筋外形相同或相似，采用库壁受力钢筋作避雷引下线时，在混凝土分层浇注后，无法再找到原已施焊的钢筋继续施焊。未施焊的钢筋在混凝土震捣过程中极易错位，利用错位不连续施焊的钢筋做引下线，无法保证良好的导电性。2）作引下线的柱内主筋必须自下而上可靠焊接，并与屋面作接闪器的钢筋网、栏杆、作接地体的桩筋与承台作牢固的焊接，使之成为可靠的电气通道。对于一些竖直管道，如大立管等应分别于顶端和底端与防雷装置连接，对其中间断开，不能形成电气通路的需设跨接线。3）防雷装置的驳接处必须焊接，采用绑扎有安全隐患，因为在一些潮湿多雨的地方，由于钢筋的锈蚀，水泥浇注时的振动，使钢筋绑扎接口成为不良接触，使应该作为防雷接地系统的各部分钢筋连接体未能形成良好的电气通路，不利于雷电流的泄放；其次，防雷装置的驳接处绑扎，各接口的过渡电阻值不同，将影响雷电流的平衡分布；其三，经过雷电流的冲击可能使绑扎点相当于点焊一样，被熔接起来，但雷电冲击使绑扎点发生焊接的可能性是不均匀的，而每次雷电流的“点焊”结果，已经使建筑物经历了一次局部的灾害，无论是墙柱体爆裂，或者是“点焊”处周边产生的强烈电磁感应，对高层建筑及人体和设备的损害是显然的。4）应采用外墙柱网，不宜用建筑内柱网主筋作防雷引下线，以避免引雷时，强大的雷电流产生的电磁干扰影响建筑内设备的运行。5）为避免雷电电磁脉冲感应对弱电信号的干扰，应合理布线，信号电缆以及地线的布放应尽量集中在建筑物的中部，其电缆线槽以及地线线槽的布放应尽量避免紧靠建筑物立柱或横梁，并与之保持较远的距离。6）为限制过电压，根据《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB50343-2004），对计算机及信息设备应安装适配的浪涌保护器（SPD）。

4.2 等电位联结

由于水泥厂建筑物以多层厂房、圆库、金属框架及一些轻钢堆棚为主，这些建筑物一般为现浇钢筋混凝土、金属构架结构，建筑物内部钢筋网和金属构件大部分都是焊接或绑扎在一起的,只要有目的地把建筑物内部钢筋网和金属构件与建筑物的金属管道、电缆金属屏蔽层、保护接地、PE线、防雷建筑物的接地线，进行可靠电气连接，就可使整个建筑物成为良好的等电位体。实施等电位联结后，建筑物内的结构钢筋与各种金属设备及金属管线连接成了统一的导电体，当雷电袭击的时候，建筑物内部和附近设备、构件等大体上是等电位的，这样建筑物内也就不会产生反击和危及人身电击的事故。

因此，建筑物实施上述等电位连接后，将使整个建筑物成为一个良好的法拉第网笼，建筑物内的电子、计算机等自控设备将受到很好的屏蔽保护作用，对防止雷电电磁脉冲干扰微电子设备将有很大的好处。

4.3 公共接地（联合接地）

建筑物防雷系统，尤其是泄流系统的设计对感应电压的幅值有明显的影响。在设计时应根据实际情况采用最优方案，尽量减少感应，同时也要采取其他措施以保护敏感的弱电设备。

现在的水泥厂建筑物密集，各种地下金属管道、电缆金属屏蔽层和各大金属构件密布，要使各接地网隔离并保持足够的距离（真正独立），在实际设计和施工中是难以做到的，即便在新建系统时做到了，在日后的系统维护和改造中也极易受到破坏。采用这种不能真正独立的“独立接地”系统，是相当危险的，因为建筑物在遭受直接雷击时，雷电流将沿建筑物防雷系统中各引下线和接地体入地，在此过程中，雷电流将在防雷系统中产生暂态高电压，如果引下线与周围设备绝缘距离不够且设备与避雷系统不共地，将在两者之间出现很高的电压，并会发生放电击穿，导致设备严重损坏，甚至人身安全。

现代化水泥厂建筑由于很难满足防雷装置与其它设施和接地系统安全隔离距离的要求，所以各接地系统应采用公共接地系统。公共接地系统可采用基础接地网作为强电、弱电及防雷的共同接地装置，当接地电阻达不到要求时，可补设人工接地体。

4.4 一点接地和共用接地电阻

采用公共接地引起的干扰中最主要的是工频干扰, 产生的原因主要是共阻耦合，即当线路上存在两点或多点接地时，当地电位升高，两点的电位不同，信号地线和地回路将形成通路，而在信号线上产生环流，当两个电路电流流经一个公共阻抗时，一个电路上的电流在这个公共阻抗上形成的电压会影响到另一个电路，从而引起共阻耦合和低频接地环路干扰。通过一点接地，可避免共阻耦合引起的干扰。

为减少干扰，水泥厂应采用单点接地系统，整个建筑物的接地等电位连接采用树干式结构，单点接地采用绝缘线连接，各层或各段的低频信号工作接地均应直接接到单点接地板上，不得形成环路。单点接地系统不应与用作防雷引下线的柱子平行，以防强磁场干扰。建筑物主接地板应置于建筑物的最底层，且直接与基础或室外接地装置连接。

接地电阻按各接地网中要求的最小电阻设置，采用自然接地体达不到接地电阻要求时，可沿基础四周补设人工接地体。