煤礦35 kV架空線路的防雷保護(hù)效果探討

郝仲懷

(陽(yáng)煤集團(tuán)五鑫煤業(yè)有限公司，山西 保德 036604)

近年來，隨著煤礦對(duì)安全的要求越來越高，35 kV線路的防雷也應(yīng)加強(qiáng)，而35 kV電力系統(tǒng)線路的設(shè)計(jì)中，僅在進(jìn)、出線1～2 km段內(nèi)裝設(shè)避雷線防雷。通過對(duì)陽(yáng)煤集團(tuán)五鑫煤業(yè)有限公司與孫家溝煤礦的跟蹤調(diào)查，發(fā)現(xiàn)五鑫煤業(yè)采用的全線路裝設(shè)避雷線避雷效果較好。因此，采用全線路裝設(shè)避雷線來防直接雷。

1 煤礦35 kV選用全線路避雷線的必要性

實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，輸電線路的故障一半以上是雷電引起的。煤礦是一類用電大戶，主扇停電10 min就是礦井重大事故，會(huì)給礦井工作人員和設(shè)備帶來嚴(yán)重危害。一般情況下，只要35 kV站雙回路同時(shí)遭受到雷擊，就會(huì)造成全礦35 kV站停電，主扇停機(jī)，如恢復(fù)供電后，再啟動(dòng)風(fēng)機(jī)，一般都超過10 min，成為礦井的重大事故。

隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，煤礦對(duì)供電的要求也越來越高，要求人員定位系統(tǒng)和瓦斯監(jiān)察監(jiān)控系統(tǒng)都要實(shí)時(shí)上傳給上級(jí)主管部門或者煤炭安全監(jiān)察局，這就對(duì)煤礦供電的可靠性提出了更高要求。在現(xiàn)代化礦井中，信息化技術(shù)得到廣泛應(yīng)用，每個(gè)礦井基本都建成以調(diào)度為中心的信息化網(wǎng)絡(luò)，煤礦從井上到井下，對(duì)危險(xiǎn)源都進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，如井下瓦斯一旦超限就會(huì)通過網(wǎng)絡(luò)信號(hào)直接發(fā)送給有關(guān)人員，以便及時(shí)處理安全隱患。近年來，計(jì)算機(jī)控制技術(shù)越來越多地在煤礦中應(yīng)用，如提升皮帶的控制、副立井提升人員、主要通風(fēng)機(jī)的監(jiān)察等，這些都要求提高供電的可靠和供電的質(zhì)量。一旦斷電或者電壓不穩(wěn)都會(huì)對(duì)這些設(shè)備帶來嚴(yán)重影響，甚至危及人員的生命安全。

在雨季，尤其是雷擊多發(fā)區(qū)，雷擊成為危害煤礦供電安全的主要原因之一。為了減少輸電線路的雷擊故障，確保煤礦供電線路的可靠運(yùn)行，防雷擊成為主要任務(wù)。防止35 kV線路遭受雷擊最有效的方法是架設(shè)避雷線。

2 五鑫礦與孫家溝礦防雷效果的比較

五鑫煤礦地處山西省忻州市保德縣孫家溝鄉(xiāng)土門村，線路所經(jīng)過的地形為典型黃土高原地貌，溝壑縱橫，局部沖刷嚴(yán)重，全線地形均為一般山地。據(jù)當(dāng)?shù)貧庀蟛块T資料顯示全年雷電日約40天。

五鑫煤礦35 kV變電站于2012年6月建成并送電，35 kV線路由保德東局110 kV變電站供給五鑫35 kV變電站，線路總長(zhǎng)12 km，防雷采用全線路架設(shè)避雷線防雷，并在易擊區(qū)加設(shè)避雷器來防直接雷。送電運(yùn)行后，跟蹤調(diào)查至2013年9月，運(yùn)行15個(gè)月，因雷擊造成該線路(局五線)跳閘僅1次。

和五鑫礦處于同一地點(diǎn)的孫家溝煤礦，其35 kV站也是由保德東局110 kV站供電，線路總長(zhǎng)9 km，供電線路方向與五鑫礦同向，即“局孫線”，采用了進(jìn)線1 km段裝設(shè)避雷線來防雷。該站于2012年2月送電，運(yùn)行至2013年9月(運(yùn)行2個(gè)夏季)，“局孫線”因雷擊發(fā)生跳閘事故就多達(dá)28次。其中2013年8月8日，一天內(nèi)“局孫線”遭受雷擊跳閘次數(shù)高達(dá)7次，而五鑫35 kV變電站在同一天里“局五線”沒有發(fā)生跳閘事故。

在地形、位置、供電線路、供電條件都相同的條件下，五鑫礦采用了全線路裝設(shè)避雷線，而孫家溝礦只在進(jìn)線1 km裝設(shè)避雷線，五鑫礦因雷擊造成跳閘的次數(shù)明顯減少。因此，采用全線路裝設(shè)避雷線比只在進(jìn)線1 km段裝設(shè)避雷線防雷擊的效果好。

3 全線路與進(jìn)、出線段裝設(shè)避雷線技術(shù)的比較

3.1 進(jìn)、出線1～2 km段裝設(shè)避雷線

目前，35 kV線路在電力系統(tǒng)設(shè)計(jì)中仍采用進(jìn)、出線1～2 km段內(nèi)裝設(shè)避雷線來防直接雷，但為使避雷線保護(hù)段以外的線路受雷擊時(shí)對(duì)侵入變電所內(nèi)的電壓進(jìn)行限制，一般在避雷線兩端處的線路上裝設(shè)管型避雷器。進(jìn)、出線1～2 km段裝設(shè)防雷保護(hù)接線方式示意圖見圖1。

圖1 35 kV進(jìn)、出線段裝設(shè)避雷線防雷示意圖

當(dāng)進(jìn)線段外側(cè)無避雷線段線路受雷擊時(shí)，雷電波經(jīng)過一段線路衰減后變形，陡度會(huì)降低，但仍很大，經(jīng)F1對(duì)地放電后，降低了雷電過電壓值。管型避雷器F2作用是變電所35 kV雙回路供電時(shí)，一回路運(yùn)行，另一回路備用，斷路器處于斷開位置，當(dāng)雷電波到達(dá)斷路器觸頭就會(huì)產(chǎn)生全反射，電壓可升高1倍，燒壞斷路器，如果沒有F2保護(hù)，觸頭間介質(zhì)將被擊穿，就會(huì)產(chǎn)生陡度的侵入波到變電所，對(duì)變電所內(nèi)的電氣設(shè)備絕緣造成危害。

3.2 全線路架設(shè)避雷線

全線路架設(shè)避雷線是在35 kV線路的上方全程架設(shè)1根GJ－35(35 kV線路一般安裝35 mm2的鋼絞線)的鋼絞線作為避雷線，并在進(jìn)出線兩端安裝管型避雷器，見圖2。

圖2 35 kV全線路裝設(shè)避雷線防雷示意圖

避雷線的主要作用是防止雷直擊導(dǎo)線，同時(shí)還具有以下作用:

1)分流作用是減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位。

2)通過對(duì)導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓。

3)對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓。

而F2、F3管型避雷器作用是防止雷電波在斷開的斷路器QF處產(chǎn)生過電壓擊壞斷路器。

4 雷擊對(duì)輸電線的影響及措施

4.1 按雷擊性質(zhì)可分為直擊雷和感應(yīng)雷

1)直擊雷。當(dāng)空間電荷集中在一起形成雷電云，雷電云隨空氣流動(dòng)遇到輸電線路時(shí)，在輸電線路上產(chǎn)生過電壓，通過輸電線路經(jīng)桿塔或者直接經(jīng)過變電站設(shè)備擊穿絕緣形成放電通道放電。雷云放電時(shí)，引起很大的雷電流，可達(dá)幾十甚至幾百kA，從而產(chǎn)生極大的破壞作用。

2)感應(yīng)雷。當(dāng)雷擊中輸電線路附近的大地或物品時(shí)，產(chǎn)生靜電感應(yīng)，使輸電線路上積累大量的電荷，從而產(chǎn)生感應(yīng)電壓。感應(yīng)雷電壓幅值一般達(dá)到300～400 kV，擊穿60～80 cm的空氣間隙，對(duì)于35 kV以下的水泥桿會(huì)引起閃絡(luò)事故。

4.2 雷電主要危害

1)高壓效應(yīng)。雷電云擊中輸電線路時(shí)，會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬V甚至十萬V的沖擊電壓，這樣大的電壓瞬間沖擊電力設(shè)備，足以擊穿絕緣體使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致燃燒、爆炸等直接災(zāi)害。

2)電流熱效應(yīng)。當(dāng)雷電擊中輸電線路時(shí)，會(huì)放出幾十至上百kA的電流，這樣大的電流會(huì)使輸電線路發(fā)熱，產(chǎn)生高溫，導(dǎo)致輸電線路熔化，進(jìn)而引起火災(zāi)。

3)機(jī)械效應(yīng)。輸電線路被擊中時(shí)，產(chǎn)生的大電流，使輸電線路之間產(chǎn)生強(qiáng)大的磁場(chǎng)力，這種磁場(chǎng)力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于輸電線路正常承受力，從而破壞輸電線路。

4.3 架設(shè)避雷線的措施

當(dāng)雷電云接近避雷線時(shí)，雷電流經(jīng)過:避雷線—塔桿—大地放電，使輸電線路面免受雷電荷的沖擊。

為了不影響避雷線的防雷效果，每年在雨季來臨之前應(yīng)主要做好以下幾個(gè)方面的工作:

1)對(duì)輸電線路的絕緣子進(jìn)行擦試檢查，防止絕緣子上的塵土降低絕緣，如果絕緣子有裂縫的必須進(jìn)行更換。

2)檢查避雷線的完好，防止繡蝕、斷絲，并且檢查使用過程中的避雷線，若拉長(zhǎng)，弛度太大，與輸電線路間距不夠，就要重新拉緊。

3)做好測(cè)試工作。避雷線的主要作用是通過線—塔—大地釋放電荷，每年1次的測(cè)試工作很重要?！峨娏ψ鳂I(yè)安全規(guī)程》規(guī)定，接地總電阻不得大于10 Ω，確保從避雷線到大地有良好的接地電阻是保障避雷線避雷的關(guān)鍵。對(duì)接地電阻不合格的必須進(jìn)行處理，方法主要有:

a)檢查避雷線與塔桿之間的接觸電阻，看是否存在接觸不良，一般使用鍍鋅連接件連接。

b)檢查塔桿與大地的接觸電阻。若不合格，就要對(duì)接地樁進(jìn)行處理，通常是挖開接地樁，在其周圍注入食鹽，加土覆蓋后，再注入水。

4.4 全線路架設(shè)避雷線防雷的投資分析

全線路架設(shè)避雷線防雷與只在進(jìn)、出線1～2 km段內(nèi)裝設(shè)避雷線防雷比較，前者缺點(diǎn)是投資大?，F(xiàn)階段，從煤礦安全出發(fā)，安裝架空避雷線在煤礦安全投入占的比例非常小。五鑫煤業(yè)年產(chǎn)量90萬t，每年的安全投入達(dá)500萬元。而1 km GJ－35鋼絞線避雷線的成本為:鋼絞線2385元/km，金具800元/km，加上安裝費(fèi)用，合計(jì)1 km避雷線成本約4000元。以五鑫煤業(yè)為例，線路總長(zhǎng)12 km，避雷線安裝成本為4.8萬元，而雷擊給煤礦帶來的損失卻非常大，五鑫煤業(yè)兩年來，僅受到的1次雷擊直接損失就達(dá)15萬元。因此，在煤礦35 kV線路上安裝避雷線從投資上是合理的。

5 結(jié)論

在35 kV全線路上架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護(hù)的最基本、最有效的措施。無論是從煤礦安全還是投資方面考慮，全線路敷設(shè)避雷線都是有必要的，具有顯著的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。

［1］龔享金.35 kV輸電線路雷擊及防雷建議［J］.科技與生活，2010(14):27.

［2］唐志平.供配電技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社出版，2005:78－80.