彭 宇

（太原市西山煤電電力公司，山西 太原 030053）

根據(jù)煤炭行業(yè)生產(chǎn)的特點和需求，大多數(shù)煤炭企業(yè)都在礦區(qū)范圍內(nèi)建有降壓變電所，大型煤炭企業(yè)內(nèi)部甚至配置110 kV 或以上電壓等級變電所。這些站所多數(shù)為企業(yè)內(nèi)部管理，企業(yè)限于生產(chǎn)優(yōu)先、經(jīng)費局限等因素，在站所防雷設(shè)計、防雷設(shè)備選型、防雷設(shè)施更新上，存在一些防雷設(shè)計與標(biāo)準(zhǔn)不符、防雷設(shè)備超限服役、防雷設(shè)施配置不完善等諸多安全隱患。這些安全隱患，雖然暫時不影響正常供電，但是在雷雨季節(jié)到來后，隨時都有可能因雷電大電流、過電壓造成停電事故，對電網(wǎng)造成無法挽回的經(jīng)濟(jì)損失，給煤礦安全生產(chǎn)構(gòu)成了很大威脅。因此，開展防雷電工作的研究，對確保煤礦安全生產(chǎn)是非常重要的課題，必須引起高度重視。

1 雷電對變電所和礦區(qū)變電設(shè)備的危害

1）變電所二次設(shè)備及計算機后臺系統(tǒng)燒損。

2）變電所進(jìn)出線架空線桿塔的高點在變電所附近，架空線被雷擊的頻次高、能量大，變電所的斷路器、PT、母線過電壓保護(hù)器易燒毀。

3）礦區(qū)架空線路雷擊燒瓷瓶、絕緣子串、避雷器、電纜頭，變電所干式所用變損毀。

4）礦區(qū)范圍內(nèi)因遭受雷擊過電壓導(dǎo)致礦井重要設(shè)備，如主扇風(fēng)機、排水泵、井下監(jiān)測監(jiān)控、通訊辦公設(shè)備跳閘斷電，影響正常生產(chǎn)進(jìn)行。

2 煤礦變電所防雷電措施現(xiàn)狀

煤礦110 kV 及以下電壓等級變電所，其管理權(quán)限存在一些歷史遺留問題。變電所建設(shè)初期由煤礦自行管理，存在設(shè)備選型混亂、設(shè)備管理無序或重視程度不夠?qū)е碌睦讚綦[患等遺留問題。在防雷設(shè)施上體現(xiàn)得也非常明顯，如避雷器品牌不同、使用年限不一、泄漏電流等參數(shù)不同導(dǎo)致變電所基礎(chǔ)防雷能力差異比較大；接地系統(tǒng)不完善，主接地極長期沒有開挖檢查、接地電阻超過10Ω、接地網(wǎng)存在斷點、 獨立避雷針與變電所主網(wǎng)安全距離不夠等諸多隱患。

3 煤礦變電所防雷電措施存在的一般性問題

1）防雷設(shè)計不規(guī)范。防雷設(shè)計不規(guī)范一般發(fā)生于獨立避雷針或接地極，主要表現(xiàn)是，獨立避雷針引下線與站內(nèi)龍門架引下線或建筑物鋼筋結(jié)構(gòu)安全距離不夠，存在雷電反擊隱患；有的是獨立避雷針引下線直接連接至被保護(hù)建筑物引下線上，且埋深不足；有的是獨立避雷針引下線少于兩處，且避雷針引下線無斷開檢測點； 有的是母線避雷器安裝與變壓器電氣距離過遠(yuǎn)等[1]。

2）避雷器超期服役。變電所開關(guān)柜內(nèi)部安裝有很多避雷器，通常起到防止雷電侵入波和防止操作過電壓的作用，對避雷器的工作狀態(tài)認(rèn)知一般都是通過絕緣電阻測試、U1mA 直流參考電壓和0.75U11mA 下的泄漏電流等試驗來判斷。有的煤礦變電所礙于資金投入限制，很多避雷器使用長達(dá)10年，甚至20年。避雷器使用壽命沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，往往通過試驗檢測的避雷器就可以繼續(xù)使用。但雷雨季節(jié)來臨后，經(jīng)過檢修和試驗的避雷器有時并沒有起到防雷作用甚至在雷電侵入波作用下炸裂。

3）線路桿塔接地不規(guī)范。線路桿塔接地不規(guī)范主要表現(xiàn)在接地裝置的材質(zhì)、規(guī)格、埋深沒達(dá)到要求；引下線與接地體的接觸不好；接地電阻不合格并未及時整改； 接地體埋地及外露部分未做防腐處理；接地極回填土隨意未夯實；未按要求設(shè)置兩處接地體且無斷開測試點等等。

4）防雷接地試驗方法不規(guī)范，測試值不準(zhǔn)確。為了節(jié)約設(shè)備和人工成本，少數(shù)試驗單位在測量線路桿塔接地電阻時存在有不測或漏測。變電所接地網(wǎng)接地電阻測量，未采用變頻大電流接地阻抗測試儀測試，有的使用鉗形接地儀表測試后，就出具正式報告等。另一種情況是由于變電所防雷接地測試點較多，工作馬虎，沒有按每一個接地點進(jìn)行測試，就出具合格的接地電阻報告。

5）對交直流系統(tǒng)防雷易忽略，防雷設(shè)施不完善。變電所交直流系統(tǒng)是變電所運行的主體，但是對直流系統(tǒng)的防雷措施配置不完善，如蓄電池BMS 管理系統(tǒng)未配置防雷模塊； 交直流系統(tǒng)未配置浪涌保護(hù)裝置；二次線纜截面不統(tǒng)一，并且忽視了等電位測試試驗； 帶有牽引鋼絲的光纖電纜其牽引鋼絲未做接地連接； 控制室用電設(shè)備未使用PDU 插座等等[2]。

6）一二次電纜未分離或電纜屏蔽層未接地。大部分的雷電引起的變電所跳閘故障都是由感應(yīng)雷過電壓引起的，線路避雷措施不完善，很可能通過進(jìn)線電纜將雷電流引入變電所內(nèi)部，引起感應(yīng)過電壓。一次電纜和二次電纜之間分布在同一電纜溝內(nèi)，布線混亂相互交叉。

7）煤礦供電具有一定的特殊性。煤炭生產(chǎn)是主業(yè)，有的單位對礦井供電部門重視不夠，在資金投入上相對主業(yè)投入不足。管理制度上不夠健全。尤其是在防雷管理制度及管理措施上，存在應(yīng)急預(yù)案不完善、不具體，可操作性不強，防雷培訓(xùn)相對較少等問題。

4 案例分析

2021年5月中旬，碾溝煤礦35 kV 變電所遭受雷擊，雷電侵入變電所內(nèi)部，造成變電所內(nèi)部控制室1 臺監(jiān)控計算機和井下4 臺風(fēng)機燒毀。經(jīng)事后對此次事故原因分析，在防雷措施上存在以下問題：

1）碾溝35 kV 變電站建設(shè)在山脊線制高點，周圍空曠沒有其他建筑物，站內(nèi)設(shè)有一處高度為30 m 避雷針，不但對站內(nèi)供電設(shè)施起不到防雷保護(hù)相反充當(dāng)了引雷的作用。

2）由于資金問題，未對站內(nèi)防雷設(shè)施及線路桿塔防雷接地電阻進(jìn)行測試，也使防雷性能受到影響。

3）站內(nèi)交直流屏柜內(nèi)，BMS 管理系統(tǒng)未配置防雷模塊，交直流系統(tǒng)未連接抗浪涌保護(hù)裝置。

4）變電所只有一處電纜溝，且一次、二次電纜未有效分離，相互纏繞。

5）入井線纜的牽引鋼絲未做接地處理。

5 改進(jìn)措施研究

1）對防雷設(shè)計及時做防雷試驗，對接地電阻不合格區(qū)域及時整改。尤其是在防雷設(shè)計時就存在的隱患或后期在防雷接地整改中新增的問題，如避雷針獨立接地體設(shè)計點與變電所主接地網(wǎng)間距離不符合防雷設(shè)計規(guī)范或避雷針引下線與變電所主接地網(wǎng)直接連接等問題，另外保證變電所內(nèi)建筑物和獨立接地體至少擁有兩個接地點，以保證更好的完整的泄流作用。

2）35 kV 及以上變電所接地網(wǎng)接地電阻、靠近變電所兩端桿塔的架空地線回路導(dǎo)通電阻須采用變頻大電流接地阻抗測試儀并三年測試一次，測試項目包括接地網(wǎng)接地阻抗、 接地引下線導(dǎo)通電阻、土壤電阻率，其他配電場所每兩年可采用接地?fù)u表測試。一般情況下禁止采用鉗形接地儀表測試后出具正式報告。

3）對超過十年的接地極建議開挖檢查，對腐蝕嚴(yán)重的接地極要進(jìn)行更換。對引下線與接地極連接部位進(jìn)行檢查，對銹蝕嚴(yán)重的進(jìn)行處理[3]。

4）35 kV、6 kV 配電型避雷器選型要合適。要求選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品，方波通流容量不低于400 A。電容器設(shè)備用避雷器，方波通流容量不低于600 A。變電所限制侵入雷電波的主要設(shè)備是閥型避雷器，變電所中所有設(shè)備的絕緣都要受到閥型避雷器的可靠保護(hù)。閥型避雷器的選擇首先應(yīng)當(dāng)使母線避雷器的伏秒特性的上限比變壓器絕緣的伏秒特性的下限低。其次，避雷器應(yīng)盡量靠近變壓器，這樣，作用在變壓器上的電壓就是避雷器的放電電壓或殘壓[4]。

5）對使用年限長的避雷器進(jìn)行更換。有些避雷器使用年限長，也能通過預(yù)防性試驗?zāi)蛪簻y試，但是避雷器制造材料出現(xiàn)老化，經(jīng)過雷雨季節(jié)雷電高頻次的放電，部分避雷器未能對雷電流起到限制作用。

6）采用新型防雷設(shè)備。主變中高壓側(cè)中性點接入避雷器。一二次電纜溝分開，一二次高壓電纜分離；低壓交直流安裝浪涌保護(hù)器[5]；通信及調(diào)度系統(tǒng)使用SPD 插座；等電位連接及試驗。

7）架空地線、線路避雷器的接地電阻要符合要求，引下線要牢固可靠，對35 kV 以上進(jìn)出線線路桿塔接地電阻要求值為4Ω，對線路避雷器要求值4Ω，兩者均建議高于國家標(biāo)準(zhǔn)，避免因接地電阻高導(dǎo)致泄流不暢將雷電流引入變電所內(nèi)部。

8）當(dāng)雷擊于線路導(dǎo)線時，沿導(dǎo)線就有雷電沖擊波流動，從而會傳到變電所變壓器上，因此，變壓器中性點加避雷器可以有效避免此類問題。

9）采用新型高科技設(shè)備及產(chǎn)品完善防雷設(shè)施。如使用半導(dǎo)體少長針消雷裝置配合氧化鋅避雷器對直擊雷進(jìn)行防護(hù)； 使用多間隙自熄弧避雷器進(jìn)一步減少感應(yīng)到線路的雷擊過電壓； 采用導(dǎo)電硅橡膠高分子電阻為材料制作的AR 限流避雷針延緩雷擊主放電時間，從而降低雷電流幅值，減弱雷擊AR 限流避雷針后的二次效應(yīng)； 配置雷電預(yù)警系統(tǒng)，提前預(yù)防可能遭雷擊地點[6]。

10）變電所管理應(yīng)健全防雷管理制度，制定可實施性強的應(yīng)急預(yù)案，尤其是正確處置雷電過電壓引起的斷路器或變壓器跳閘； 建立防雷設(shè)備設(shè)施臺賬，定期對防雷設(shè)施檢查及時發(fā)現(xiàn)隱患；加強對防雷裝置的作用及維護(hù)方法的培訓(xùn)，提高運維人員職業(yè)素質(zhì)。

6 結(jié)語

煤礦變電所防雷技術(shù)及設(shè)施上還有很多不足，需要根據(jù)不同問題具體分析對待。煤礦企業(yè)要充分認(rèn)識供電安全的重要性，為了有效降低雷電活動引起的配電系統(tǒng)故障問題，管理者應(yīng)從思想上重視供電安全問題，加大變電所設(shè)備設(shè)施投入、加強標(biāo)準(zhǔn)化建設(shè)，及時對防雷設(shè)備進(jìn)行更新?lián)Q代；新建變電所在防雷技術(shù)和工藝上要跟上時代步伐，嘗試應(yīng)用新工藝、新技術(shù)、新產(chǎn)品，著力打造良好完善的防雷系統(tǒng)。