摘要：文章對九礦變電站增加避雷針的必要性進(jìn)行了說明，對避雷針的防雷原理、保護(hù)范圍等做了分析闡述，并通過公式計算確定避雷針安裝位置。

關(guān)鍵詞：變電站 避雷針 保護(hù)范圍

1 項目背景

鶴煤礦區(qū)有10個35kV級及以上變電站，主要擔(dān)負(fù)集團(tuán)公司礦井、地面生產(chǎn)企業(yè)供電任務(wù)。變電站是電力系統(tǒng)的樞紐，直接關(guān)系到煤礦電網(wǎng)的安全性、可靠性。

變電站內(nèi)安置的變壓器、互感器、斷路器、母線等高壓電氣設(shè)備的匯集，使得變電站容易遭受雷擊。雷擊變電站一方面會引起大面積的停電事故，造成重大損失；另一方面，雷擊極易造成電氣設(shè)備的絕緣損壞，維修或更換設(shè)備的費用很高且用時較長，將造成更大的不良影響。因此，對變電站的防雷保護(hù)顯得非常重要。

鶴煤九礦變電站于2011年雷雨天氣密集的夏季發(fā)生一次雷擊事故，造成站內(nèi)通訊管理機(jī)燒毀，導(dǎo)致鶴煤電調(diào)遠(yuǎn)動系統(tǒng)不能對變電站進(jìn)行實時采集、實時監(jiān)控，電調(diào)無法實時掌握電網(wǎng)運行情況，給煤礦安全供電帶來巨大隱患。

經(jīng)對九礦變電站實地考察和分析，并對站內(nèi)現(xiàn)有避雷針保護(hù)范圍進(jìn)行計算，發(fā)現(xiàn)6kV高壓室西南側(cè)不在聯(lián)合保護(hù)范圍內(nèi)，是導(dǎo)致此次雷擊事故的主要原因。

2 避雷針防雷原理及保護(hù)范圍分析

2.1 避雷針防雷原理 避雷針由接閃器、引下線和接地裝置組成，它的保護(hù)原理為：避雷針能將被保護(hù)物上方的雷電吸引到自身，并通過引下線和接地裝置泄入大地，從而達(dá)到保護(hù)被保護(hù)物不受雷擊的作用。整個保護(hù)過程有兩個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，一是高概率的接閃，二是迅速有效地泄入大地。避雷針正是利用高于被保護(hù)而產(chǎn)生的屏蔽和迎面先導(dǎo)放電，使得本區(qū)域內(nèi)的雷擊能被避雷針吸引，而不至于擊于被保護(hù)物；避雷針自身良好的導(dǎo)電性，配以較小的接地電阻，使得雷電流安全泄入大地。

2.2 避雷針保護(hù)范圍分析 避雷針的保護(hù)范圍計算方法有多種，且計算結(jié)果均不能定量，這是因為避雷針的保護(hù)范圍受多種不可定量因素的影響。目前，我國現(xiàn)用的計算方法有兩種：對于建筑物，我國GB 50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》規(guī)定，避雷針的保護(hù)范圍按滾球法計算；對于電力裝置，我國DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定，避雷針的保護(hù)范圍按折線法計算。故九礦變電站安裝避雷針應(yīng)以折線法計算其保護(hù)范圍。用以上方法計算出的避雷針的保護(hù)范圍，并沒有考慮當(dāng)雷電流沿避雷針泄入大地時對靠近避雷針的被保護(hù)物的反擊的可能性，也就是說，靠近避雷器的一定距離內(nèi)，也不能算是避雷針的保護(hù)范圍。所以，避雷針的保護(hù)范圍就存在內(nèi)、外兩個邊界，現(xiàn)分別予以說明。

2.2.1 避雷針保護(hù)范圍的外邊界 ①單支避雷針的保護(hù)范圍（圖1）：

a避雷針在地面上的保護(hù)半徑，應(yīng)按下式計算：

r=1.5hP

式中：r——保護(hù)半徑，m；h——避雷針的高度，m； P——高度影響系數(shù)，h≤30m，P=1；30m120m時，取其等于120m。

b在被保護(hù)物高度hx水平面上的保護(hù)半徑應(yīng)按下列方法確定：

當(dāng)hx≥0.5h時，rx=（h-hx）P=haP

式中：rx——避雷針在hx水平面上的保護(hù)半徑，m； hx——被保護(hù)物的高度，m；ha——避雷針的有效高度，m。

當(dāng)hx<0.5h時，rx=（1.5h-2hx）P

②兩支等高避雷針的保護(hù)范圍（圖2）：

a兩針外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的計算方法確定。b兩針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過兩針頂點及保護(hù)范圍上部邊緣最低點O的圓弧確定，圓弧的半徑為R′O。O點為假想避雷針的頂點，其高度應(yīng)按下式計算：

式中：h0——兩針間保護(hù)范圍上部邊緣最低點高度，m；D——兩避雷針間的距離，m。

兩針間hx水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度應(yīng)按圖4確定。當(dāng)bx>rx時，取bx=rx。求得bx后，可按圖3繪出兩針間的保護(hù)范圍。兩針間距離與針高之比D/h不宜大于5。

③多支等高避雷針的保護(hù)范圍（圖3）：

（a）三支等高避雷針在hx水平面上的保護(hù)范圍

（b）四支等高避雷針在hx水平面上的保護(hù)范圍

a三支等高避雷針?biāo)纬傻娜切蔚耐鈧?cè)保護(hù)范圍應(yīng)分別按兩支等高避雷針的計算方法確定。如在三角形內(nèi)被保護(hù)物最大高度hx水平面上，各相鄰避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度bx≥0時，則全部面積受到保護(hù)。b四支及以上等高避雷針?biāo)纬傻乃慕切位蚨嘟切?，可先將其分成兩個或數(shù)個三角形，然后分別按三支等高避雷針的方法計算。如各邊的保護(hù)范圍一側(cè)最小寬度bx≥0，則全部面積即受到保護(hù)。

2.2.2 避雷針保護(hù)范圍的內(nèi)邊界 當(dāng)雷電擊中避雷針后，有很大的雷電流通過避雷針流向大地，這個電流會在避雷針引下線上形成較大的電壓，如果被保護(hù)物距離避雷針過近，引下線上的電壓會擊穿與被保護(hù)物之間的空氣，造成二次反擊。我國電氣設(shè)計規(guī)定：①對于35kV及其以下變電站，因其絕緣水平低，必須裝設(shè)獨立的避雷針。②獨立避雷針與被保護(hù)物之間應(yīng)有不小于5m的空氣距離。③獨立避雷針宜設(shè)獨立的接地裝置，與接地網(wǎng)間地中距離不小于3m。

3 方案分析

根據(jù)避雷針防雷原理及保護(hù)范圍分析，結(jié)合九礦變電站避雷針現(xiàn)狀及站內(nèi)地形，設(shè)計新增1基避雷針，對站內(nèi)電力設(shè)備進(jìn)行全面保護(hù)。

①新立5#避雷針為18m水泥桿，接閃器高2m；桿立于變電站西南角圍墻東側(cè)，此處高于地面3m。

②主變構(gòu)架高7.3m，其他構(gòu)架及設(shè)備高均低于7.3m。

③避雷針實際全高為20m，按最高保護(hù)物高度7.3m，計算公式：rx=（1.5h-2hx）P，（P——高度影響系數(shù)1）得出：rx=（1.5*20-2*7.3）=15.4m。所以：整個6kV高壓室均在保護(hù)范圍內(nèi)。

4 結(jié)束語

經(jīng)過對九礦變電站防雷系統(tǒng)進(jìn)行改造，將會對整個變電站的安全性起到關(guān)鍵性作用，給煤礦電網(wǎng)的安全性、可靠性提供了強大的保障。

但對于安裝避雷針而言，其僅僅是變電站直擊雷方面保護(hù)，多變性因素較多：①避雷針對雷電的攔截效應(yīng)是受多種隨機(jī)性因素決定的，即使按相關(guān)方法正確安裝了避雷針的變電站，也有可能受到雷電的繞擊和反擊等事故；②避雷針的保護(hù)范圍是針對被保護(hù)物在此空間內(nèi)受到雷電侵害的概率而言的，目前國際上運用的確定避雷針的保護(hù)范圍的計算方法，都是經(jīng)驗公式，沒有絕對性。

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作者簡介：郝林杰（1982-），河南林州人，鶴煤集團(tuán)公司供電處生產(chǎn)安監(jiān)科，助理工程師。