浅谈煤矿变电所和地面电气设备防雷击措施

摘 要：煤矿行业中，电力设备系统极其繁琐，大部分的设备电压和电流都需要变电所对电能的电压和电流进行处理，比如变换、集中和分配。电气设备和变电所在实际的煤矿作业中起着至关重要的作用，因此，对它们的维护工作就必须慎重，尤其是要做好防雷击措施。本文分析了煤矿变电所和地面电气设备的防雷击问题，并给出了明确的解决方案。

关键词：变电所；电气设备；防雷击措施

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.075

雷电感应对地面变电所和电气设备的影响非常大，一般地面都会装有完善的雷击防护系统，但是雷电中带有强大的电流，防雷系统作用时产生的电流和电磁脉冲以及雷电带有的过大电压会影响甚至破坏地面控制室中的各种弱电电磁设备，雷电作用产生的电磁干扰直接会影响电力系统的正常运行。具体影响是雷电中的电流通过内部集中接地装置通入地下，在地网上形成强大的冲击电流，严重时引起局部放电现象，破坏电气设备甚至导致电气设备绝缘；另外，雷电在通过避雷针时，由于过大的电流，在接入地下时对周围空间产生短暂的电磁场，从而在通讯、防护、控制电线和电缆上以及一些弱电设备上产生暂态电压，严重破坏这些设备的安全性和它们的正常运行。

1 对地面变电所的保护

关于地面变电所防止雷击的措施，大多数时候是采用避雷针、避雷线，这些避雷设备的作用是通过拦截引导雷电流，从而改变其入地路径。单支避雷针的保护半径一般可以满足小型变电所的要求，对于大型的变电场所，多数情况下会使用避雷针和避雷线相结合的方法来避免雷击。在我国，很多地方的防雷措施都是使用避雷针，它通过吸引雷电流并将这些电流引入大地来避免设备遭受雷击，被保护设备的雷电波受到影响之后，避雷设备会降低雷电波，从而使其符合电气装置绝缘强度允许范围，有效地防护被保护电路，其中，避雷针的高度决定了其保护范围。

2 对地面变压器的防护

电气设备的组成很复杂，一些相关的电气设备的参数计算也很繁琐，而且电磁相互关联非常紧密，空气中或者周围一个微小的电磁波都可能影响电气设备的相关参数，从而导致生产过程中止或造成更严重的后果。例如雷击情况下，有关电气设备的参数计算值会发生变化，当微弱的雷电流接入时，就算接地电阻合格，地面变压器的低电压线圈的对地点也会非常高。因此避雷器必须安装在变压器低压线圈中，不然，当变压器被雷电流侵入时，变压器的正常使用会由于高压侧中性点承受了太高的过电压幅值而损坏。避雷器不止需要安装在低压侧，变压器的高压侧也应该加强防护，并且高压侧的避雷器要配置在熔断器内侧，低压侧避雷器要安装在配变低压杆头附近，来尽可能地降低接地电阻和缩短避雷器接地引入线的长度。除了这种方法，还可以单独将高压侧的中性点抽出，配置避雷器进行保护，这样可以有效防止电压的逆变换过程，方法简单但是有效，非常容易实现。

3 对配电线路的保护

（1）除了变压器、变电所等大型设备的保护外，配电线路也需要做好防雷措施。将避雷器安装在断路器两侧，使避雷器接地线与断路器金属外壳一起接地。现在配电线路之间的距离很小，断路器本身的绝缘水平又有限，当发生雷击时，非常容易因为短路造成停电现象，所以需要在断路器两侧安装避雷器加以保护。

（2）加强线路绝缘能力，采用瓷横担。安装避雷器之外，线路的绝缘水平需要加强，避免受电后造成绝缘子击穿或断线。

（3）配电线路的导线强度要合适。煤矿的变电站配电线路中，由于断路器的绝缘水平较低，间距的相隔距离较短，倘若遭到雷击，容易引发短路与停电的现象。因此，要选择强度适中的导线，避免被雷击断。

（4）对相关电缆配置避震器。和架空的配电线路相连的，长度超过50m的电缆，需要将避雷器安装在电缆两端。与此同时，避震装置与金属断路器要一起接线接地。

煤矿行业的相关安全规定非常严格，通入井下的所有配电线路必须符合国家相关规定并配置与电压等级相匹配的防雷电装置；通信线路也要安装熔断器和防雷电装置；管道无论是从地面入井还是露天架空引入引出的，在井口附近至少有不少于两处的集中接地，防止雷击电流进入地下引起不可避免的后果。

4 对室内控制室的防护

（1）微机防雷保护。控制室中的计算机及网络系统，以及其他的电力电子设备需要供电，为了防止雷击，电源的选择至关重要。不间断电源是一种含有储能装置的电源，而且还利用逆变器使其拥有恒压恒频功能，对防止雷击具有非常突出的效果。目前市场上生产的这种电源采用了先进的国际现代化技术，例如双变换在线，全方面数字系统控制，用高质量的工频正弦电源保障负荷工作，具有良好的雷电防护功能。

（2）微机防干扰措施。雷电发生时，空气中的电磁感应现象、静电感应现象、地电位情况等会产生变化，这些变化会导致被测信号有串模干扰，影响控制室内的各种监控、控制设备，而且还会产生共模干扰，影响信号线输入端和接地效果。解决这些问题的方法通常是，将通入地下的雷电流分散，将引入地下的线路分开，对屏蔽电缆也采用分屏模式，通常将截面积≥25平方毫米的软铜线作为接地线，这些线分别与汇流接地母排电连接，而且与屏体绝缘，截面积≥95平方毫米的电缆与室外的接地装置连接。

5 总结

综上所述，煤矿变电所及相关电气设备的安全防雷击措施中，用到最多的是避雷针。为了良好的避雷效果，需要将每个避雷针或避雷线安装独立的接地装置。避雷装置需要根据建筑物的特点来特殊配置，讓避雷网的引下线与建筑物的主接地体、环状基础钢筋焊接及人工接地体相连，形成相同的电位，引下线的数量也应该≥2。其次，接地电阻也需要根据不同的地势考虑，有的地方的土壤电阻系数高，这就需要配置多根引下线来降低接地电阻。最后，引下线的机械连接和电气接触需要保障良好，同时对于敏感的弱电设备，需要采用更加先进的手段加以保护，这样才能在雷电情况下，将损失降到最低，最大程度的保障安全。

参考文献：

[1]刘学成，宋斌，贾福刚.煤矿变电所的防雷击措施分析[J].城市建设理论研究（电子版），2015（19）.

[2]申喜中，李晋峰.煤矿监控机房的雷电防护分析[J].科学导报， 2014（z3）.

[3]李方兴.煤矿井下变电所高压供电监控系统分析[J].大陆桥视野， 2017（22）.

作者简介：毛慧（1988-），女，江西人，本科，助理工程师，研究方向：机电专业。