煤矿变电所和地面电气设备防雷击探析

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了煤矿变电所和地面电气设备防雷击探析范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：雷电易对煤矿电力系统造成侵害，在变电所和地面电气设备上布置和安装防雷设施具有重要意义。按照被保护范围不同，分别对变电所场地、线路、变压器、主控微机和监控设备的防雷措施进行了探讨和研究；并结合实际工作经验，对所有防雷设施的防雷原理、配置必要性、设计要点等内容进行了总结，对煤矿企业的电力系统可靠性改造工程具有借鉴意义。

关键词：煤矿变电所；防雷措施；电气设备

0引言

在雷雨天气，运行电力系统极易遭受雷电侵害，雷电侵入电力系统后，轻则触发电力系统的过电压保护动作，造成短时跳闸停电，严重时会导致电力设备和用电设备被击穿烧毁，甚至引发火灾。特别是在煤矿变电所，雷击轻则影响正常生产，重则威胁到井下作业人员的人身安全。煤矿电力系统和变电所等设施均有避雷针和避雷器等防雷设施，但是在实际工作中存在避雷器覆盖范围不完全、变压器低压侧无防雷措施、保护间隙设置不当、主控微机的避雷措施不完善等现象。对煤矿变电所及地面电气设备所有一、二次避雷设施进行设计校验、改造，对提高煤矿供电系统的安全性和可靠性具有重要意义。

1场地防雷措施

变电所场地的防雷措施包括避雷针和避雷线，采用将雷电拦截或引导至接地网的方式进行避雷。避雷针的设计包括引雷覆盖范围、空气距离Sa、地下距离Se。煤矿35kV及以下变电所的面积不大，单只独立氧化锌避雷针即可将变电所内建筑、架构、设备等全部覆盖。如图1所示，空气距离Sa指的是独立避雷针与最近保护物的空气距离，地下距离Se指的是独立避雷针底线接地体与最近保护物接地体的地下距离。避雷针和被保护物的绝缘距离过小时，避雷针上引导的电流将向被保护物放电，产生“反击”现象。为了避免“反击”现象发生，空气距离Sa、地下距离Se需满足式（1）：Sa＞0．3Rsh＋0．1hSe＞0．3R｛sh．（1）其中：Rsh为避雷针的冲击接地电阻；h为独立避雷针与被保护物最近位置的高度。空气距离和地下距离的下限分别为5m和3m。在装设时，应使用避雷针专用接地装置和老马支座，安装完成后应对接地电阻进行测量，接地电阻最大值不应超过10Ω。对于面积较大的变电所，如果单只避雷针无法完全覆盖所有范围，需要设置多只避雷针或配合避雷线。

2线路防雷措施

线路防雷措施主要包括设置进线避雷线、断路器两侧安装避雷器、横担与导线选型、校验保护间隙。

2．1设置进线避雷线

变电所的进线是防雷的重点设备，根据出线的电压等级、变电所容量、当地雷害发生特点设置合理的避雷线。对于35kV～110kV电压等级的进线，应设置1km～2km的避雷线。避雷器和主变的距离应保证在9m之内，对于不合格的避雷线设置，应进行规范化整改。

2．2断路器两侧安装避雷器

安装在杆上的油开关和隔离开关的绝缘强度低、安装间距有限，在受到雷击后容易发生相间短路，在断路器两侧装设避雷器可显著降低雷击停电现象。注意杆上避雷器的接地线应与油开关的金属外壳连接良好。

2．3合理选择横担与导线

由于普通的铁横担和绝缘子只能承受额定电压，当雷击过电压后极易发生爬电击穿现象，因此在雷害频发的地区，应尽量使用瓷质横担和强度较高的绝缘子。由于雷击电流瞬间很大，经导线流入避雷器时会产生瞬间热量，导线在电磁变化剧烈的瞬间会承受电动力，老化或机械强度不够的导线容易发生断裂，从而导致对地短路。因此尽量选择强度较大的导线。

2．4校验保护间隙

保护间隙是一种常见的线路防雷措施，由两个金属电极构成。如图2所示，一个金属电极固定在导体，另一个金属电极固定在接地装置上，两个金属电极之间存在一个固定的间隙距离。正常情况下，导体受到雷击流过的雷电电流会击穿此空气间隙，通过接地体放电，保护线路对侧用电设备或变压器不受到雷击危害。在实际工作中，为了提高线路的绝缘性，线路上的支撑绝缘子片数往往超过所需，导致导线上安装的保护间隙距离过大，雷电电流无法击穿，导致保护间隙失效。为了提高保护间隙的利用率，需要对保护间隙的距离、绝缘子数量进行严格校验，减少不必要的绝缘子。也可采用如图2所示间隙距离可调的保护间隙装置，在安装前需要进行必要的高压冲击试验，在模拟雷击的高电压冲击下，根据不同间隙距离的绝缘击穿率，得出合适的间隙距离。

3变压器防雷措施

为了降低供电系统的建设成本，许多煤矿变电所的变压器只在高压侧安装避雷器，防止输电线路侧的雷电侵入变压器，在高压侧避雷器和高压线路保护的作用下，大部分的雷击电流和过电压被有效释放，不会由变压器传入低压侧。但是也有研究及事故表明，一旦高压侧的防雷措施失效，将导致输电线路的雷击电流通过变压器的电磁感应传播到变压器低压侧，由于变压器低压侧的用电设备多是对耐压值要求不高的测量仪器或控制仪器，因此一旦发生低压侧雷击，将极易导致设备损坏。根据防雷击电气参数计算，在雷击电流很小的情况下，低压线圈和高压侧中性点的电压也很高。根据《过电压保护设计技术规程》，变压器高低压侧均应装设避雷器。在配电变压器两侧，高压避雷器装设在熔断器保护范围内，低压避雷器装设在低压杆头附近。也有在配电变压器高压侧中性点接避雷器的做法，这种方案成本低、接线简单。对于煤矿变电所的主变，除了高低压侧配置避雷器，还可以在变压器接地基础上增加两圈均压接地网，对局部冲击进行优化。如图3所示，变压器均压接地网包括水平接地体和垂直接地体，形成的优化面积还要与主接地网进行连接，无论主变雷击发生在高压侧还是低压侧，均会通过接地体流入均压环，帮助雷击能量迅速释放，保护变压器和供电系统的稳定运行。

4主控室防雷措施

除一次设备以外，煤矿变电所的二次设备例如微机电源、监控设备的信号输入输出线缆也需要进行防雷设计。主控室的计算机、电力电子装置的供电电源进行防雷设计，采用UPS不间断电源进行供电，这种电源采用数字化控制，主电路结构为IGBT组成的高频开关模块，输出的是恒压恒频的工频正弦信号，变换器对外界电源的电能质量要求不高，具备较好的防雷功能。在雷雨天气，控制电缆和信号电缆周围的电磁场会发生明显的变化，产生串模干扰和共模干扰，严重时会导致继电保护装置误动作。因此对监控设备的信号线缆应采取屏蔽线，接地方式为用截面积大于25mm2的软质铜线分散接地，与接地母排连接良好且与保护屏柜保持绝缘。

5结束语

本文对煤矿变电所和地面电气设备的防雷措施进行了总结，对变电所场地防雷采取避雷针或避雷线的方式，并设计合适的空气距离Sa和地下距离Se，防止“反击”。对于变电所内线路，采取可调式保护间隙方式防雷，通过试验不同间隙下的间隙击穿概率，得出提高保护间隙利用率的措施，调整绝缘子片数。对于变电所主变和配电变压器，在高压侧和低压侧均装设避雷器。对于主控室内微机和监控设备，采用不间断电源和防雷屏蔽线进行防雷。

作者:刘志杰 单位:阳煤二矿选煤厂机电队