西溝水電廠防雷接地系統(tǒng)分析

姜紅軍，苑慶山

(黑河辰能西溝水電有限責(zé)任公司，黑龍江 黑河164300)

發(fā)電廠、變電所是電力系統(tǒng)的重要組成部分。如果發(fā)生雷擊事故，可能會(huì)使變壓器及其它電器等主要設(shè)備發(fā)生損壞，造成大面積停電，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活。因此，發(fā)電廠、變電所的防雷保護(hù)，必須十分可靠。

依照上述要求，本文將黑河市西溝水電廠的防雷及接地系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，安裝情況，利用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行核對(duì)演算，與國(guó)標(biāo)規(guī)程進(jìn)行比較，以檢驗(yàn)其是否符合《規(guī)程》要求，從而為西溝水電廠的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供保證。

1 西溝水電廠概況

1.1 自然地理狀況

西溝水電廠位于黑龍江省黑河市西南63 km，地處小興安嶺東北麓，公別拉河中下游南岸地區(qū)。發(fā)電廠及變電站地面海拔高度為173.40m。是連接國(guó)家電網(wǎng)與黑河市區(qū)用電網(wǎng)的重要樞紐電廠。同時(shí)也是黑龍江省西北地區(qū)重要的調(diào)峰電廠之一。

西溝水電廠四面環(huán)山，一面臨水。所在地區(qū)為北寒溫帶氣候，晝夜溫差大，四季分明。春、夏、秋三季均有雷雨天氣，該地區(qū)的雷電參數(shù)如下:

雷電流幅值:40 kA; 雷暴日:35 d; 雷暴小時(shí):76 h; 地面落雷密度: γ =0.015 次/( km2·雷暴日) ; 輸電線路落雷次數(shù): N =0.6h( 次/100 km·a) 。

1.2 主要電氣設(shè)備的接線及在系統(tǒng)中的運(yùn)行方式

西溝水電廠總裝機(jī)容量為3.6 萬kW，兩臺(tái)1.8 萬kW水輪機(jī)組運(yùn)行。發(fā)電機(jī)出口電壓6.3 kV。兩臺(tái)主變?nèi)萘烤鶠?5 000 Kva，其中1B 為三相兩線卷電力變壓器，變比為121 ±2 ×2.5% /6.3KV;2B 為三相三線卷電力變壓器，變比為121±2 ×2.5% /38.5/6.3kV。110 kV母線和6.3 kV母線均為單母線分段接線方式;35 kV為單母線接線方式。6.3 kV母線Ⅰ、Ⅱ段分別連接1#、2#發(fā)電機(jī)出口和1#、2#主變低壓側(cè);35 kV母線出口接西富線;110 kV母線Ⅰ段出口分別接西黑線和溝崗線;110 kV母線Ⅱ段出口接孫西線。變電站與系統(tǒng)電網(wǎng)通過孫西線和西黑線π 接。因此，西溝水電廠連接著國(guó)家電網(wǎng)與黑河市電力供電網(wǎng)，在電網(wǎng)中具有重要地位。

2 西溝水電廠防雷接地系統(tǒng)的組成與結(jié)構(gòu)

由以上所述可知，西溝水電廠在本地電力系統(tǒng)中具有很重要的地位。由雷電引起的大氣過電壓不但威脅著西溝水電廠的運(yùn)行安全，而且還威脅著黑河市區(qū)供電及電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定。因此，對(duì)其戶外及主要設(shè)備的防雷保護(hù)就顯得尤為重要。

2.1 西溝水電廠防雷接地系統(tǒng)的組成

西溝水電廠的防雷接地系統(tǒng)按功能分由防直擊雷保護(hù)系統(tǒng)、變電站進(jìn)線段保護(hù)系統(tǒng)、主變防雷保護(hù)系統(tǒng)、防雷接地裝置幾部分組成。

2.1.1 防直擊雷保護(hù)系統(tǒng)的組成

防直擊雷保護(hù)系統(tǒng)由:孫西線終端桿至其出線架間的1#避雷線;西黑線終端桿至其出線架間的2#避雷線; 溝崗線終端桿至其出線架間的3#避雷線;1#、2#、3#、4#、5#、及A、B、C、D九只避雷針組成。

2.1.2 變電站進(jìn)線段保護(hù)系統(tǒng)的組成

變電站進(jìn)線段保護(hù)系統(tǒng)由: 孫西線、西黑線、溝崗線及西富線靠近西溝變電站2 km內(nèi)的線路避雷線，孫西線A、C 相接閥式避雷器，西黑線A、C 相接閥式避雷器，溝崗線A、C 相接閥式避雷器組成。

2.1.3 主變防雷保護(hù)系統(tǒng)的組成

1#主變防雷系統(tǒng)由:110 kV母線Ⅰ段避雷器、35 kV母線避雷器、6.3 kV母線Ⅰ段避雷器、1#主變110 kV側(cè)中性點(diǎn)避雷器組成;2#主變防雷系統(tǒng)由:110 kV母線Ⅱ段避雷器、6.3 kV母線Ⅱ段避雷器、2#主變110 kV側(cè)中性點(diǎn)避雷器組成。

2.1.4 防雷接地裝置的組成

防雷接地裝置由:原地面層接地網(wǎng)、變電站接地網(wǎng)、輔助接地網(wǎng)、避雷針接地極組成。

2.2 西溝水電廠防雷接地系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.2.1 防直擊雷保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

2.2.1.1 避雷線

防直擊雷系統(tǒng)的避雷線由LGJ—95 型鋼心鋁絞線構(gòu)成。1#、2#避雷線由孫西線與西黑線公用終端塔塔頂分別引至孫西線出線架左端避雷針A 的頂端和西黑線出線架右避雷針B的頂端，3#避雷線由溝崗線終端塔塔頂引至溝崗線出線架左避雷針D 的頂端。

2.2.1.2 避雷針

廠區(qū)共布置9 只避雷針。每一根避雷針的接閃器由12 mm圓鋼制成，針體成三棱錐形由10 ～14 mm圓鋼焊接而成，與接地體的聯(lián)結(jié)用－40 ×4 的編鋼焊接連接。1#避雷針位于西黑線和崗溝線的出線架連接處;2#避雷針位于預(yù)留出線架右端;3#避雷針位于110 kV母線Ⅱ段左側(cè)母線支架頂端;4#避雷針位于變電站右下角，與兩側(cè)柵欄的距離均為3 m;5#避雷針在左下角變電站柵欄外，與變電站底邊柵欄相距3.6 m，與變電站右邊柵欄相距5.27 m，為防止避雷針與電氣設(shè)備發(fā)生感應(yīng)雷“反擊”現(xiàn)象，5#避雷針中心線與被保護(hù)設(shè)備( 即35 kV母線架左端) 之間的最小距離為7.226 m; 避雷針A位于西黑線出線架右端，其頂端連接1#避雷線; 避雷針B 位于孫西線出線架左端，其頂端連接2#避雷線; 避雷針C 位于孫西線和預(yù)留線路出線架連接處;避雷針D 位于孫西線出線架左端，其頂端連接3#避雷線。各避雷針的高度為: h1= h2=16.5 m; h3=15 m; h4=26 m; h5=17 m; hA= hB= hC=hD=13 m。

2.2.2 變電站進(jìn)線段系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

變電站進(jìn)線段保護(hù)系統(tǒng)中的避雷線全部由LGJ—95 型鋼心鋁絞線制成，沿線路終端塔向前延伸2 km，孫西線與西黑線線路為雙避雷線，崗溝線終端塔外500 m為雙線避雷線，其余部分為單線避雷線。孫西線、西黑線A 相、崗溝線的A、C相經(jīng)6 600 PF耦合電容接FS2—0.38 型低壓閥式避雷器接地，孫西線、西黑線C 相經(jīng)7 000 PF耦合電容接`FS—O.5 型閥式避雷器接地。

2.2.3 主變防雷保護(hù)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

1#主變110 kV母線Ⅰ段避雷器由3 只Y10W1—108/268性氧化鋅避雷器分別接于110 kVⅠ段母線A、B、C 三相上構(gòu)成，1#主變110 kV側(cè)中性點(diǎn)避雷器由一只Y10W1—41/116 型避雷器接于1#主變中性點(diǎn);35 kV母線由三只Y10W1—51/125 型避雷器分別接于35 kV母線A、B、C 三相構(gòu)成;6.3 kVⅠ段母線避雷器由三只Y1W—7.6/22 型氧化鋅避雷器分別接于6.3 kVⅠ段母線A、B、C 三相上構(gòu)成。2#主變110 kVⅡ段母線由三只Y10W1—126/340 型避雷器分別接于110 kVⅡ段母線A、B、C 三相構(gòu)成，110 kV側(cè)中性點(diǎn)避雷器由一只Y10W1—41/116 型避雷器接于2#主變中性點(diǎn);6.3 kVⅡ段母線避雷器由三只Y1W—7.6/22 型氧化鋅避雷器分別接于6.3 kVⅡ段母線A、B、C 三相構(gòu)成。

2.2.4 防雷接地裝置的結(jié)構(gòu)

2.2.4.1 原地面層接地網(wǎng)

原地面層接地網(wǎng)由－40 ×4 型扁鋼焊接成，兩扁鋼之間搭接80 cm，三邊焊接。接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)為56m ×44m 成矩形，縱向均勻分布3 根扁鋼每根間隔22 m;橫向均勻分布7 根扁鋼每根間隔8 m，整體成網(wǎng)狀平面分布。其與變電站接地網(wǎng)有8個(gè)連接點(diǎn)。原地面層接地網(wǎng)左臨公別拉河，橫向第一根扁鋼中心距引水隧洞中心線37 m;縱向右端扁鋼中心線距機(jī)組中心線18 m。原地面層接地網(wǎng)高程為172.90 即距變電站地面－0.5 m。

2.2.4.2 變電站接地網(wǎng)

變電站接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，其同樣由－40 ×4 型扁鋼焊接制成，焊接工藝與原地面層接地網(wǎng)一致。

2.2.4.3 輔助接地網(wǎng)

輔助接地網(wǎng)包括付廠房接地網(wǎng)、絕緣油庫接地網(wǎng)、擋水墻接地、尾水接地網(wǎng)、降阻劑使用區(qū)接地網(wǎng)等。他們均用－40 ×4 型扁鋼焊接而成，焊接工藝與上述相同。因其結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，這里不再累述。

2.2.4.4 避雷針接地極

避雷針接地體是由長(zhǎng)2 m，直徑50 mm的鋼管制成，將其垂直埋入底下，并與接地網(wǎng)焊接連接。其中1#、2#、A、B、C、D共6 根避雷針的接地體由8 根間距6 m的接地極成一字排列共同接地;3#避雷針由4 根間距5.4 m的接地極成梯形分布接地;4#避雷針由5 根間距5.4 m接地極成梯形分布接地;5#避雷針由于保護(hù)的是35 kV電壓等級(jí)的電氣設(shè)備，為了防止接地極發(fā)生“反擊”現(xiàn)象，其接地極距離變電站接地網(wǎng)5.226 m，通過擋水墻接地線與使用降阻劑接地區(qū)連接在一起。

3 西溝水電廠防雷接地系統(tǒng)的運(yùn)行情況及存在問題

3.1 電廠防雷接地系統(tǒng)的運(yùn)行情況

西溝水電廠已投產(chǎn)21 a之久，防雷接地系統(tǒng)一直安全可靠運(yùn)行，防雷效果較好。21 a中未因雷電現(xiàn)象等大氣過電壓造成電網(wǎng)及發(fā)電機(jī)組停電、停機(jī)。

3.2 西溝水電廠雷接地系統(tǒng)存在的問題

3.2.1 孫西線出線存在問題及解決方案

孫西線出線架至終端桿之間，B、C 兩相有20 m出線未受到避雷線及避雷針的保護(hù)，這樣極有可能發(fā)生雷電直擊給變電站造成雷害。

建議將2#避雷線的處線架端接直C 避雷針頂端。其中:

1#、2#避雷針保護(hù)的最小高度大于被保護(hù)高度hx =10.4 m，滿足保護(hù)要求。這樣可將孫西西線擊西黑線兩條線路出線均在避雷線的保護(hù)范圍內(nèi)。

3.2.2 西富線出線存在問題及解決方案

1) 西富線出線架至終端桿之間得導(dǎo)線沒有防雷保護(hù)措施，同樣極容易引起直擊雷害。建議在終端桿上架裝一致避雷針，要求其在距地面7.933 m( 西富線出線架高度) 保護(hù)圓半徑rx =10 m，( 即出線架至終端桿的距離。) 這樣，由公式(2) 得: h = ( rx + 2 hx) /1.5 = ( 10 + 2 * 7.933) /1.5=17.244 m。

即應(yīng)在西富線終端桿上端架裝高度為H = h－ hd =17.244－15.41 =1.834 m避雷針。

2) 應(yīng)在西富線A 相經(jīng)6 600 PF耦合電容串聯(lián)加裝FS2—0.38 型閥型避雷器與地連接，以防止線路雷繞擊和感應(yīng)雷電流的侵入變電站破壞電氣設(shè)備的絕緣。

4 結(jié) 論

通過多年的運(yùn)行檢驗(yàn)，證明西溝電廠的防雷接地系統(tǒng)設(shè)計(jì)是合理的，設(shè)計(jì)、安裝符合SDJ7—79《電力設(shè)備過電壓設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程規(guī)程》的相關(guān)要求。多年的運(yùn)行實(shí)踐證明，運(yùn)行是安全、穩(wěn)定、可靠的。當(dāng)然其中也有不足之處，如果按上述方法改進(jìn)，則會(huì)更加提高防系統(tǒng)的可靠性，從而為西溝發(fā)電廠及電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行提供保證。

［1］宋執(zhí)誠(chéng). 高電壓技術(shù)［M］. 北京:中國(guó)電力出版社，1995.

［2］程惠民. 架空線路設(shè)計(jì)［M］. 北京:水利電力出版社，1995.

［3］中國(guó)水利水電部. 電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)規(guī)程［S］. 北京: 水利水電出版社，1995.