東破35kV變電站防雷接地改造

郭俊良

（江西銅業(yè)集團(tuán)公司 德興銅礦，江西 德興 334224）

1 引言

東破35kV變電站主要承擔(dān)采區(qū)作業(yè)和大山選廠原礦粗碎站等供電負(fù)荷。它位于德興銅礦銅廠采區(qū)南麓，地處山區(qū)，容易遭受雷擊， 根據(jù)我廠電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，采區(qū)供電設(shè)施遭受雷擊跳閘事故占總跳閘事故的60.2%，極大影響采區(qū)生產(chǎn)供電的穩(wěn)定。

2 主要存在的問題

（1）采區(qū)35kV供電線路避雷器擊穿后造成線路單相接地，進(jìn)而發(fā)展成兩相接地短路跳閘，使故障進(jìn)一步擴(kuò)大，嚴(yán)重影響供電線路的正常運(yùn)行。

（2）按照國家電網(wǎng)電力安全規(guī)程相關(guān)要求［1］，變電站設(shè)備接地的接地阻值應(yīng)≤0.5Ω，變電站房屋及避雷針接地的接地阻值應(yīng)≤10Ω。2017年2月，經(jīng)工程技術(shù)人員搖測發(fā)現(xiàn)該站主變壓器設(shè)備接地電阻值達(dá)13.5Ω，避雷針、房屋接地阻值達(dá)40Ω，達(dá)不到規(guī)程要求的電力設(shè)施阻值要求，供電設(shè)施一旦遭受雷擊，將無法有效引導(dǎo)泄放雷擊電流，造成設(shè)備燒毀，嚴(yán)重影響變電站及供電設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

3 改造方案及內(nèi)容

3.1 采用線路脫扣式避雷器，提升線路防雷保護(hù)效果

礦區(qū)35kV供電線路大多沿山脊架設(shè)，經(jīng)常遭受雷擊跳閘，雖然桿塔裝設(shè)有避雷器保護(hù)，但避雷器內(nèi)部擊穿后，造成線路單相接地，巡線人員通過外表難以發(fā)現(xiàn)避雷器好壞，一方面遲緩了搶修時(shí)間，另一方面，此時(shí)如發(fā)生其它相接地，將造成兩相接地短路故障［2］，使事故進(jìn)一步擴(kuò)大，給礦山帶來極大的損失。

所謂脫扣式避雷器就是在金屬氧化鋅避雷器下端接線端子上串接一個(gè)脫離器［3］，接地線采用長300mm的紡織軟銅線，以保證避雷器本體分離后有足夠的安全距離。當(dāng)避雷器遭受雷擊發(fā)生故障時(shí)，利用工頻短路電流讓脫離器動(dòng)作，使脫離器接地端自動(dòng)脫開，避雷器退出運(yùn)行，防止事故進(jìn)一步擴(kuò)大，同時(shí)不影響線路的正常運(yùn)行，并給出故障避雷器空對(duì)空可見性脫離標(biāo)識(shí)，便于維護(hù)人員及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)進(jìn)行維護(hù)和更換［4］。在避雷器處于正常工作狀態(tài)時(shí)，脫離器不動(dòng)作并呈低阻抗（與避雷器相比），不影響系統(tǒng)原工作狀態(tài)和避雷器的保護(hù)特性，從而保障供電線路的正常運(yùn)行。

目前我礦已在采環(huán)線311（318）、富環(huán)線321（312）、富家塢采區(qū)環(huán)線313（314）等多條35kV線路應(yīng)用了脫扣式避雷器，效果明顯，大減少了故障排除時(shí)間，提高了線路供電穩(wěn)定性。

3.2 采用四極法測量變電站接地電阻，計(jì)算出所需接地極棒支數(shù)

測試儀表為ZC-8型接地測量儀，四根極棒布設(shè)在一條直線上，極棒間距a取5m，各極棒打入地下深度為極棒間距a的1/20，取25cm，根據(jù)公式ρ=2πaR測得變電站大門口R=41Ω、ρ=1287.4Ω·m，左后側(cè)R=36Ω、ρ=1130.4Ω·m，右后側(cè)R=34Ω、ρ=1067.6Ω·m等三處接地阻值，受季節(jié)影響，土壤電阻率按1.2倍修正［5］，再根據(jù)電阻率及阻值要求，確定所需接地坑點(diǎn)個(gè)數(shù)及接地布局。編制好施工方案，準(zhǔn)備好相應(yīng)材料，做好施工前的一切準(zhǔn)備工作。

（1）變電站設(shè)備接地的接地阻值降至1Ω時(shí)所需要電極計(jì)算公式N=0.0275×ρ/R-0.4，N為所需接地極支數(shù)，ρ取土壤電阻率中間值1356.48Ω·m，R為接地電阻最大值，N=0.0275×1356.48/1-0.4=37（個(gè)）。

（2）變電站避雷針接地的接地電阻降至10Ω時(shí)所需要電極計(jì)算公式N=0.0275×ρ/R-0.4，N為所需接地極支數(shù)，ρ取土壤電阻率中間值1356.48Ω·m，R為接地電阻最大值，N=0.0275×1356.48/10-0.4=4（個(gè)）。

3.3 應(yīng)用銅覆鋼接地極，提升接地抗腐蝕性能

采用優(yōu)質(zhì)Q235低碳鋼，經(jīng)過大縮徑冷拉加工，增強(qiáng)了抗拉強(qiáng)度，且又保持韌性，外鍍99.9%純銅，鍍銅鋼材料由于具有良好的導(dǎo)電性能、較高的機(jī)械強(qiáng)度、尤其是外部包覆的銅層具有良好的抗腐蝕性能，借鑒國外技術(shù)的基礎(chǔ)上研制開發(fā)的用水平電鍍工藝，克服了電鍍法和套管包覆法存在的結(jié)合力差等缺陷，具有銅層厚、阻值低、耐腐蝕性強(qiáng)、強(qiáng)度高、安裝方便、電氣連接性能好等優(yōu)點(diǎn)，可與接閃器（避雷針、避雷線）及引下線組成防雷接地裝置［6］。鍍銅鋼接地棒是選用柔軟度比較好，含碳量在0.10%～0.30%優(yōu)質(zhì)低碳鋼，采用特殊工藝將高導(dǎo)電的電解銅均勻的覆蓋到圓鋼表面，厚度在0.25～0.5mm，該工藝可以有效的減緩接地棒在地下氧化的速度，組合型中的接地棒帶有螺紋是采用軋輥螺紋槽加工螺紋，保持了鋼與銅之間緊密連接，確保高強(qiáng)度，具備優(yōu)良的電氣接地性能。

3.4 優(yōu)化接地網(wǎng)施工技術(shù)，提升防雷接地效果

（1）主接地網(wǎng)施工，水平接地網(wǎng)敷設(shè)之前，要檢查開挖深度。先放主線，后放分支線，扁鋼先校直再焊接，焊接搭接長度不小于2倍扁鋼寬度，接地網(wǎng)主線應(yīng)連成閉合體，離建筑物不少于1.5m；

（2）垂直接地極施工，成孔后，將長度為2.5m的直徑為50鋼管墊上木塊打入設(shè)計(jì)深度，頂端露出150mm與水平接地體焊接。

（3）設(shè)備接地施工，電氣裝置的接地應(yīng)與單獨(dú)的接地干線連接，不得在一個(gè)接地線上串幾個(gè)需要接地的電氣裝置、主變等主要設(shè)備的接地體分別引下雙根接地線與主網(wǎng)相連接，并分別引至主網(wǎng)的不同點(diǎn)。

4 實(shí)施效果

（1）防雷接地改造實(shí)施后，變電站接地電阻值達(dá)標(biāo)，具體見表1。

從表中可以看出變電站設(shè)備接地和避雷針接地均達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）提升了變電站防雷接地水平。變電站與雷擊有關(guān)的電氣事故，多數(shù)與接地網(wǎng)的接地電阻值不達(dá)標(biāo)有關(guān)，接地網(wǎng)起著工作接地和保護(hù)接地的雙重作用，當(dāng)雷電波襲擊時(shí)，不能有效泄放雷電流，會(huì)產(chǎn)生很高的殘壓，破壞絕緣而造成設(shè)備損壞，同也危及運(yùn)行人員的生命安全。因此，接地電阻值達(dá)標(biāo)后，大大提升了變電站的防雷接地水平，保護(hù)了站內(nèi)設(shè)備和人員安全。

表1 變電站接地的電阻值比較 Ω

（3）通過變電站防雷接地改造，減少了設(shè)備故障停電時(shí)間，提高了生產(chǎn)、環(huán)保供電的穩(wěn)定性，也由此增加了供電量，產(chǎn)生直接經(jīng)濟(jì)效益達(dá)13.2萬元以上。計(jì)算依據(jù)如下：

對(duì)東破變電站近3年因雷擊造成供電故障停電次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)：2016年53次，2015年40次，2014年36次，平均每年43次（每次停電2h以上）。2017年項(xiàng)目實(shí)施后明顯降低了因雷擊造成供電故障停電次數(shù)，僅有17次。因此，按故障次數(shù)下降而增加供電量計(jì)算1年的經(jīng)濟(jì)效益。

改造前因雷擊故障年均少供電約38萬kW·h，改造后因故障年均少供電約16萬kW·h，，較往年多供電約22萬kW·h，。因此，年經(jīng)濟(jì)效益按0.6元/度電計(jì)算為：（38萬kW·h，-16萬kW·h，）×0.6元/kW·h，=13.2萬元。

5 結(jié)語

針對(duì)東破變電站及供電線路容易遭受雷擊，造成跳閘事故，通過分析供電設(shè)施防雷接地存在的問題，提出應(yīng)用脫扣式避雷器、銅覆鋼接地極以及四極法測量接地電阻等防雷技術(shù)，優(yōu)化接地網(wǎng)施工技術(shù)，有效提升了采區(qū)供電設(shè)施的防雷水平，保障生產(chǎn)供電穩(wěn)定，為改進(jìn)采區(qū)供電設(shè)施的防雷技術(shù)提供了參考經(jīng)驗(yàn)。