白蓮崖水電站的防雷接地系統(tǒng)施工

黃寶水

摘要：白蓮崖水庫是安徽省“861計劃”重點工程之一。作為同期建設(shè)的白蓮崖水電站，廠房及開關(guān)站依山而建，這為電站接地網(wǎng)的設(shè)計及施工帶來了一定的特殊要求。文章針對白蓮崖水電站施工防雷接地系統(tǒng)特點和要求，分析了山區(qū)水電站防雷接地系統(tǒng)特殊性,結(jié)合國家和行業(yè)標準、規(guī)范，對防雷接地網(wǎng)的技術(shù)要求和規(guī)范要求進行了論述，并進一步研究了山區(qū)水電站接地網(wǎng)在敷設(shè)、使用、維護等方面的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：水電站；接地電阻；防雷

中圖分類號：TM862文獻標識碼：A文章編號：1006-8937（2011）22-0112-02

水電站由于自然條件復(fù)雜，設(shè)備與線路聯(lián)系緊密，一旦發(fā)生雷擊事故，就會波及全站乃至全網(wǎng)。

白蓮崖水庫位于安徽省六安市霍山縣境內(nèi)，壩址地處淮河南岸主要支流淠河的主源漫水河上，水庫流域面積745 km2，是治理淮河19項重點工程之一，屬于安徽省全面建設(shè)小康社會的“861計劃”項目。建有引水式地面發(fā)電廠房一座，裝機容量為2×25 MW，220 kV升壓開關(guān)站一座。水庫于2009年5月建成蓄水，同年10月白蓮崖水電站建成投入發(fā)電運行。

白蓮崖水電站位于河峽山谷高電阻率地區(qū)。兩岸邊坡陡峭，巖石裸露，覆蓋層甚淺，接地網(wǎng)可利用土地面積狹小。電廠接地網(wǎng)主要由自然接地體（水工設(shè)施及生產(chǎn)廠房內(nèi)的結(jié)構(gòu)鋼筋、輸水鋼管等）和敷設(shè)的人工接地體構(gòu)成兩部分構(gòu)成。

1防雷接地施工

1.1采取的主要避雷設(shè)施

針對電氣設(shè)備在運行中有可能承受雷擊過電壓的三個分類，即直擊雷過電壓、感應(yīng)雷過電壓和侵入雷電波過電壓三種雷擊過電壓，避雷設(shè)備設(shè)施主要有應(yīng)用于變壓器、電機、母線、線路的避雷器、線路的避雷線、建筑設(shè)施的避雷帶、避雷網(wǎng)，還有避雷針。其中避雷針、避雷線、避雷器是最常規(guī)應(yīng)用最廣的防雷設(shè)備。

避雷針是水電站中用來保護電氣設(shè)備和建筑物避免遭受直接雷擊的主要防雷裝置，避雷針的接閃器(針尖)一般用直徑10～20 nll／l、長1～2 m的鋼棒制成。引下線一般使用截面不小于25 mm2的圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線。

避雷線在水電站中，避雷線主要用來保護主變壓器高壓引出線（當主變壓器與戶外高壓配電裝置相距較遠時）和架空輸電線，避免遭受雷的直擊。接閃器為懸掛在帶電導(dǎo)線上方的接地導(dǎo)線（架空地線），一般采用截面不小于35 mm2的鍍鋅鋼絞線。接地引下線則采用截面不小于25 mm2的鍍鋅鋼絞線。

避雷器的作用是通過并聯(lián)放電間隙或非線性電阻，對入侵流動電波進行削幅，降低被保護的設(shè)備所承受的過電壓值。避雷器既可用來防護大氣過電壓，也可用來防護操作過電壓。

1.2水電站電氣裝置接地的一般規(guī)定

系統(tǒng)工作接地的主要作用為：作為大氣或操作過電壓提供對地泄放的回路，避免電氣設(shè)備絕緣被擊穿；提供接地故障回路，當發(fā)生接地故障時，產(chǎn)生較大的接地故障電流，迅速切斷故障回路；中性點不接地系統(tǒng)，當發(fā)生接地故障時，能短時保證供電連續(xù)性。

保護接地的主要作用：降低預(yù)期接觸電壓；提供工頻或高頻泄漏回路；為過電壓保護裝置提供安裝回路。

接地配置的設(shè)施的選擇和安裝應(yīng)滿足：接地電阻值符合電氣裝置的功能和保護要求，并預(yù)計長期有效；能承受接地故障電流和對地泄漏電流而無危險，特別是熱的、熱－機械應(yīng)力、電機械應(yīng)力引起的危害；有足夠的強度或有附加的機械保護，以適應(yīng)所在場所的外部的影響；應(yīng)采取措施，防止由于電腐蝕作用對接地配置的設(shè)施和其它金屬部分造成危害。

與主接地網(wǎng)不同，防雷接地系統(tǒng)的組成包括一個雷電接受裝置，共有以下三個部分組成：一是雷電接受裝置：直接或間接接受雷電的金屬桿（接閃器），如避雷針、避雷帶（網(wǎng)）、架空地線及避雷器等；二是接地線（引下線）：雷電接受裝置與接地裝置連接用的金屬導(dǎo)體，它的作用是把雷電接受裝置上的雷電流傳遞到接地裝置上；三是接地體：包括接地裝置和裝置周圍的土壤或混凝土，作用是把雷擊電流有效地泄入大地。

1.3接地裝置的組成

接地裝置由接地體和接地線組成。接地體又稱接地極，是埋入土壤中的一個或一組相互連接、并與大地直接接觸的金屬導(dǎo)體。垂直接地體一般用長2.5 ~3 m、直徑35 mm的鍍鋅鋼管或長2.5~3 m的35 mm×35 mm×5 mm（最小為25 mm×25 mm×3 mm）的鍍鋅角鋼垂直打入土壤中。接地線分為接地引下線和接地網(wǎng)聯(lián)絡(luò)線，二者都采用鍍鋅扁鐵或防腐銅導(dǎo)體。接地引下線一般采用圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線。接地線間以及接地線和接地體間的連接應(yīng)采用焊接，對于有強烈腐蝕性的土壤，接地體和接地線的厚度及截面應(yīng)適當加大，或采取鍍鋅、鍍錫等防腐措施。

自然接地體由構(gòu)筑需要而埋設(shè)在水中或地中的各種金屬部件，如水電站水下混凝土中埋設(shè)的鋼管（壓力鋼管、蝸殼、尾水管等），廠房水下部分的鋼筋網(wǎng)、攔污柵、閘門槽等。

人工接地體專門為接地需要而在地中埋設(shè)的接地體，有水平和垂直兩種敷設(shè)方式。一般情況下，應(yīng)該首先利用自然接地體，在接地電阻達不到要求的數(shù)值時，可加設(shè)人工接地體，組成總接地網(wǎng)。主、副廠房和戶外配電裝置的接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合。

1.4對接地電阻的要求

當接地裝置有電流通過時，加在接地裝置上的電壓與通過的電流之比稱為接地裝置的接地電阻。

對于大接地電流系統(tǒng)，規(guī)定在接地短路電流經(jīng)接地裝置流入大地時，接地網(wǎng)的最高電壓不超過2 000 V。

所以，接地裝置的接地電阻值R應(yīng)符合以下要求：

當接地電流大于4 000 A時，接地裝置的接地電阻R不應(yīng)超過0.5 Ω；在土壤為高電阻率地區(qū)接地電阻R應(yīng)小于5 Ω，但應(yīng)采取規(guī)程規(guī)定的相關(guān)措施。

對于小接地短路電流系統(tǒng)，當接地裝置高壓設(shè)備和低壓設(shè)備共用時，要求接地電壓小于120 V，即接地電阻值為：R≤120/I（Ω），I為計算出的經(jīng)接地體流入地中的短路電流，A。

當高壓設(shè)備單獨用接地裝置時，要求接地電壓小于250 V，即接地電阻值為：250/I（Ω）。

小接地電流系統(tǒng)高壓設(shè)備的接地阻值，還不應(yīng)超過10 Ω。

單獨避雷針要單獨敷設(shè)接地線和接地體組成的接地網(wǎng)，一般接地電阻值R≤10 Ω。

1.5防雷接地網(wǎng)的敷設(shè)

接地網(wǎng)可以利用下列自然接地體：埋設(shè)在地下的金屬管道，但不包括有可燃或有爆炸物質(zhì)的管道；金屬井管；與大地有可靠連接的建筑物的金屬結(jié)構(gòu)；水工構(gòu)筑物及其類似的構(gòu)筑物的金屬管、樁。

接地網(wǎng)的延伸和連接可利用下列結(jié)構(gòu)：建筑物的金屬結(jié)構(gòu)（梁、柱等）及設(shè)計規(guī)定的混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部的鋼筋；生產(chǎn)用的起重機的軌道、配電裝置的外殼、走廊、平臺、電梯豎井、起重機與升降機的構(gòu)架、運輸皮帶的鋼梁、電除塵器的構(gòu)架等金屬結(jié)構(gòu)；配線的鋼管。

設(shè)計施工中充分利用引水管道、尾水管等水下管網(wǎng)，以及土建施工的結(jié)構(gòu)配筋作為接地網(wǎng)敷設(shè)的一部分。采用加焊扁鐵、鋼筋等措施使電氣上不相連接或連接不好的各部分形成統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)。

利用現(xiàn)成的金屬結(jié)構(gòu)，只能作為接地網(wǎng)的一部分，絕大多數(shù)情況下還要專門埋設(shè)接地體和接地線。

接地網(wǎng)的敷設(shè)采用鍍鋅鋼材。在地下不得采用裸鋁導(dǎo)體作為接地體或接地線。接地體頂面埋設(shè)深度應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。當無規(guī)定時。不宜淺于0.6 m。角鋼及鋼管接地體應(yīng)垂直配置。除接地體外，接地體引出線的垂直部分和接地裝置焊接部位應(yīng)作防腐處理；在作防腐處理前，表面必須除銹并去掉焊接處殘留的焊藥。

垂直接地體的間距不宜小于其長度的2倍。水平接地體的間距應(yīng)符合設(shè)計規(guī)定。當無設(shè)計規(guī)定時不宜小于5 m。接地線應(yīng)防止發(fā)生機械損傷和化學(xué)腐蝕。在與公路、鐵路或管道等交叉及其他可能使接地處遭受損傷處，均應(yīng)用管子或角鋼等加以保護。接地線在穿過墻壁、樓板和地坪處應(yīng)加裝鋼管或其他堅固的保護套，有化學(xué)腐蝕的部位還應(yīng)采取防腐措施。接地干線應(yīng)在不同的兩點及以上與接地網(wǎng)相連。自然接地體應(yīng)在不同的兩點及以上與接地干線或接地網(wǎng)相連接。每個電氣裝置的接地應(yīng)以單獨的接地線與接地干線相連接，不得在一個接地線中串接幾個需要接地的電氣裝置。

接地體（線）的連接應(yīng)采用焊接，焊接必須牢固無虛焊。接至電氣設(shè)備上的接地線，應(yīng)用鍍鋅螺栓連接；有色金屬接地線不能采用焊接時，可用螺栓連接。螺栓連接處的接觸面應(yīng)按規(guī)定處理。

接地體（線）的焊接應(yīng)采用搭接焊，其搭接長度必須符合下列規(guī)定：扁鋼為其寬度的2倍（且至少3個棱邊焊接）；圓鋼為其直徑的6倍； 圓鋼與扁鋼連接時，其長度為圓鋼直徑的6倍。

為保證接地電流很好地散流,也就是保證接地電阻值足夠小，還應(yīng)注意接地網(wǎng)敷設(shè)完后的土溝其回填土內(nèi)不應(yīng)夾有石塊和建筑垃圾等；外取的土壤不得有較強的腐蝕性；在回填土?xí)r應(yīng)分層夯實。所用土壤不能含沙質(zhì)過多，不然不利土壤水分保持，地中電阻大。對于測量不接地電阻不滿足計算要求的，必須采取降阻措施。比如外引敷設(shè)接地網(wǎng)，敷設(shè)的接地體、和接地線周圍敷降阻劑、更換接地網(wǎng)回填土等。

1.6防雷系統(tǒng)的日常維護

水電站防雷裝置的檢查維護為了使水電站的防雷裝置有良好的保護性能，應(yīng)對其進行經(jīng)常檢查或定期檢查。根據(jù)水電站的工作需要，并符合國家和行業(yè)規(guī)定要求，明敷接地線的表面應(yīng)涂以用15～100 mm寬度相等的綠色和黃色相間的條紋。在每個導(dǎo)體的全部長度上或只在每個區(qū)間或每個可接觸到的部位上宜作出標志。當使用膠帶時，應(yīng)使用雙色膠帶。中性線宜涂淡藍色標志。在接地線引向建筑物的入口處和在檢修用臨時接地點處，均應(yīng)刷白色底漆并標以黑色記號，其代號為“〨”（接地）。

當電纜穿過零序電流互感器時，電纜頭的接地線應(yīng)通過零序電流互感器后接地；由電纜頭至穿過零序電流互感器的一段電纜金屬護層和接地線應(yīng)對地絕緣。直接接地或經(jīng)消弧線圈接地的變壓器、旋轉(zhuǎn)電機的中性點與接地體或接地干線的連接，應(yīng)采用單獨的接地線。變電所、配電所的避雷器應(yīng)用最短的接地線與主接地網(wǎng)連接。對于應(yīng)用于大接地電流系統(tǒng)的分級絕緣變壓器，在每次停送電操作的時候，要保證變壓器中性點保持接地。

每年雷雨季節(jié)到來之前，應(yīng)對水電站防雷裝置進行檢查，并測量接地電阻情況。接地網(wǎng)電阻值視地址條件以及電網(wǎng)發(fā)展情況，過一定年限要測量校核，當不滿足要求時，應(yīng)采取措施降阻，必要時候，對接地網(wǎng)應(yīng)當部分開挖抽檢。防雷裝置的接地電阻合乎要求，雷電流才能被順利導(dǎo)入地中，而不致發(fā)生對建、構(gòu)筑物的反擊和造成火災(zāi)爆炸事故。因此，對接閃器、引下線、接地裝置輕易發(fā)生腐蝕的地方應(yīng)加強檢查，避免通過雷電流時發(fā)生熔化、發(fā)熱等引起火災(zāi)危險。雷雨后，應(yīng)注重對防雷裝置的巡視。

對于各種避雷器，先檢查其外觀。首先檢查其瓷套或絕緣子是否完好，有無裂紋或破損，表面是否臟污，密封是否良好；再檢查其外部和引下線上有無閃絡(luò)或燒損痕跡，引下線各部分連接是否良好，固定避雷器的各組件是否牢固；進而檢查各部分腐蝕和銹蝕的情況，動作指示器的外間隙和保護間隙的主、輔助間隙有無變動，有無外物引起短路；另外，還要加強對運行中避雷器的絕緣監(jiān)測，如帶電測量電導(dǎo)電流等。

2結(jié)語

本文主要探討了山區(qū)水電站防雷害工作的重要性、工作重點和工作要求，特別結(jié)合重水電站工作特點，對癥下方，提出了存在的問題，給出了解決的辦法。對山區(qū)水電站防雷方案的設(shè)計、老電廠改造、現(xiàn)場施工都有具有很好的參考和借鑒價值。

參考文獻：

[1] 張榮.變電站防雷接地系統(tǒng)施工的質(zhì)量管理[J].中國新技術(shù)新產(chǎn)品,2010,(18).