东破35kV变电站防雷接地改造

郭俊良

（江西铜业集团公司 德兴铜矿，江西 德兴 334224）

1 引言

东破35kV变电站主要承担采区作业和大山选厂原矿粗碎站等供电负荷。它位于德兴铜矿铜厂采区南麓，地处山区，容易遭受雷击， 根据我厂电力系统运行数据统计，采区供电设施遭受雷击跳闸事故占总跳闸事故的60.2%，极大影响采区生产供电的稳定。

2 主要存在的问题

（1）采区35kV供电线路避雷器击穿后造成线路单相接地，进而发展成两相接地短路跳闸，使故障进一步扩大，严重影响供电线路的正常运行。

（2）按照国家电网电力安全规程相关要求［1］，变电站设备接地的接地阻值应≤0.5Ω，变电站房屋及避雷针接地的接地阻值应≤10Ω。2017年2月，经工程技术人员摇测发现该站主变压器设备接地电阻值达13.5Ω，避雷针、房屋接地阻值达40Ω，达不到规程要求的电力设施阻值要求，供电设施一旦遭受雷击，将无法有效引导泄放雷击电流，造成设备烧毁，严重影响变电站及供电设备的安全稳定运行。

3 改造方案及内容

3.1 采用线路脱扣式避雷器，提升线路防雷保护效果

矿区35kV供电线路大多沿山脊架设，经常遭受雷击跳闸，虽然杆塔装设有避雷器保护，但避雷器内部击穿后，造成线路单相接地，巡线人员通过外表难以发现避雷器好坏，一方面迟缓了抢修时间，另一方面，此时如发生其它相接地，将造成两相接地短路故障［2］，使事故进一步扩大，给矿山带来极大的损失。

所谓脱扣式避雷器就是在金属氧化锌避雷器下端接线端子上串接一个脱离器［3］，接地线采用长300mm的纺织软铜线，以保证避雷器本体分离后有足够的安全距离。当避雷器遭受雷击发生故障时，利用工频短路电流让脱离器动作，使脱离器接地端自动脱开，避雷器退出运行，防止事故进一步扩大，同时不影响线路的正常运行，并给出故障避雷器空对空可见性脱离标识，便于维护人员及时发现故障点进行维护和更换［4］。在避雷器处于正常工作状态时，脱离器不动作并呈低阻抗（与避雷器相比），不影响系统原工作状态和避雷器的保护特性，从而保障供电线路的正常运行。

目前我矿已在采环线311（318）、富环线321（312）、富家坞采区环线313（314）等多条35kV线路应用了脱扣式避雷器，效果明显，大减少了故障排除时间，提高了线路供电稳定性。

3.2 采用四极法测量变电站接地电阻，计算出所需接地极棒支数

测试仪表为ZC-8型接地测量仪，四根极棒布设在一条直线上，极棒间距a取5m，各极棒打入地下深度为极棒间距a的1/20，取25cm，根据公式ρ=2πaR测得变电站大门口R=41Ω、ρ=1287.4Ω·m，左后侧R=36Ω、ρ=1130.4Ω·m，右后侧R=34Ω、ρ=1067.6Ω·m等三处接地阻值，受季节影响，土壤电阻率按1.2倍修正［5］，再根据电阻率及阻值要求，确定所需接地坑点个数及接地布局。编制好施工方案，准备好相应材料，做好施工前的一切准备工作。

（1）变电站设备接地的接地阻值降至1Ω时所需要电极计算公式N=0.0275×ρ/R-0.4，N为所需接地极支数，ρ取土壤电阻率中间值1356.48Ω·m，R为接地电阻最大值，N=0.0275×1356.48/1-0.4=37（个）。

（2）变电站避雷针接地的接地电阻降至10Ω时所需要电极计算公式N=0.0275×ρ/R-0.4，N为所需接地极支数，ρ取土壤电阻率中间值1356.48Ω·m，R为接地电阻最大值，N=0.0275×1356.48/10-0.4=4（个）。

3.3 应用铜覆钢接地极，提升接地抗腐蚀性能

采用优质Q235低碳钢，经过大缩径冷拉加工，增强了抗拉强度，且又保持韧性，外镀99.9%纯铜，镀铜钢材料由于具有良好的导电性能、较高的机械强度、尤其是外部包覆的铜层具有良好的抗腐蚀性能，借鉴国外技术的基础上研制开发的用水平电镀工艺，克服了电镀法和套管包覆法存在的结合力差等缺陷，具有铜层厚、阻值低、耐腐蚀性强、强度高、安装方便、电气连接性能好等优点，可与接闪器（避雷针、避雷线）及引下线组成防雷接地装置［6］。镀铜钢接地棒是选用柔软度比较好，含碳量在0.10%～0.30%优质低碳钢，采用特殊工艺将高导电的电解铜均匀的覆盖到圆钢表面，厚度在0.25～0.5mm，该工艺可以有效的减缓接地棒在地下氧化的速度，组合型中的接地棒带有螺纹是采用轧辊螺纹槽加工螺纹，保持了钢与铜之间紧密连接，确保高强度，具备优良的电气接地性能。

3.4 优化接地网施工技术，提升防雷接地效果

（1）主接地网施工，水平接地网敷设之前，要检查开挖深度。先放主线，后放分支线，扁钢先校直再焊接，焊接搭接长度不小于2倍扁钢宽度，接地网主线应连成闭合体，离建筑物不少于1.5m；

（2）垂直接地极施工，成孔后，将长度为2.5m的直径为50钢管垫上木块打入设计深度，顶端露出150mm与水平接地体焊接。

（3）设备接地施工，电气装置的接地应与单独的接地干线连接，不得在一个接地线上串几个需要接地的电气装置、主变等主要设备的接地体分别引下双根接地线与主网相连接，并分别引至主网的不同点。

4 实施效果

（1）防雷接地改造实施后，变电站接地电阻值达标，具体见表1。

从表中可以看出变电站设备接地和避雷针接地均达到了标准要求。

（2）提升了变电站防雷接地水平。变电站与雷击有关的电气事故，多数与接地网的接地电阻值不达标有关，接地网起着工作接地和保护接地的双重作用，当雷电波袭击时，不能有效泄放雷电流，会产生很高的残压，破坏绝缘而造成设备损坏，同也危及运行人员的生命安全。因此，接地电阻值达标后，大大提升了变电站的防雷接地水平，保护了站内设备和人员安全。

表1 变电站接地的电阻值比较 Ω

（3）通过变电站防雷接地改造，减少了设备故障停电时间，提高了生产、环保供电的稳定性，也由此增加了供电量，产生直接经济效益达13.2万元以上。计算依据如下：

对东破变电站近3年因雷击造成供电故障停电次数进行统计：2016年53次，2015年40次，2014年36次，平均每年43次（每次停电2h以上）。2017年项目实施后明显降低了因雷击造成供电故障停电次数，仅有17次。因此，按故障次数下降而增加供电量计算1年的经济效益。

改造前因雷击故障年均少供电约38万kW·h，改造后因故障年均少供电约16万kW·h，，较往年多供电约22万kW·h，。因此，年经济效益按0.6元/度电计算为：（38万kW·h，-16万kW·h，）×0.6元/kW·h，=13.2万元。

5 结语

针对东破变电站及供电线路容易遭受雷击，造成跳闸事故，通过分析供电设施防雷接地存在的问题，提出应用脱扣式避雷器、铜覆钢接地极以及四极法测量接地电阻等防雷技术，优化接地网施工技术，有效提升了采区供电设施的防雷水平，保障生产供电稳定，为改进采区供电设施的防雷技术提供了参考经验。