煤層氣發(fā)電站直擊雷防護技術(shù)應(yīng)用

閆俊明 楊曉芳

摘要? 重點對煤層氣發(fā)電站中的抽采泵站防雷采用不同形式接閃器進行分析，并根據(jù)實際案例進行分析驗證，得出在瓦斯泵房面積較大的情況下，可優(yōu)先考慮選擇4支等高接閃桿作為防雷保護，若與防雷要求不相符，可選擇2根接閃線。

關(guān)鍵詞 煤層氣發(fā)電站;瓦斯泵房;直擊雷防護

中圖分類號：TM863 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2019）01-074-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.01.028

Application of Direct Lightning Protection Tech？鄄nology in CBM Power Station

YAN Jun-ming? et al（Yangquan Meteorological Bureau， Yangquan， Shanxi 045000）

Abstract The lightning protection of drainage pumping station in the CBM power station was analyzed with different forms of lightning arrester， and the analysis and verification were carried out according to the actual case. It was concluded that under the condition of large area of the gas vacuum pump room， 4 lightning rods with equal height could be selected as the priority for lightning protection， and 2 lightning rods could be selected if it was inconsistent with the lightning protection requirements.

Key words? ?CBM power station; Gas vacuum pump room; Direct lightning protection

煤礦瓦斯抽放站是對瓦斯抽送和排放的場所，其內(nèi)部瓦斯氣體體積較高且有很多瓦斯管道，屬易燃易爆場所，對煙火防護要求較高。通常情況下，瓦斯抽放站大都在高瓦斯礦井附近建造，與城區(qū)相距較大距離，位于荒野或山區(qū)，易遭受雷擊。雷擊產(chǎn)生火花和高溫很容易引爆瓦斯抽放站中易燃易爆物質(zhì)，引發(fā)火災(zāi)或爆炸，嚴重威脅人們生命財產(chǎn)安全。

1 避雷針防護范圍原理

滾球法主要是基于雷閃電氣幾何數(shù)學(xué)模型，設(shè)計原理是以雷擊距離作為半徑球體，沿著電力設(shè)備、建筑物等需要防直擊雷部位各方向進行滾動，一旦球體碰觸到接閃器，如作為接閃器的金屬體或直接接觸到接閃器及地面包括與大地直接接觸且能承受雷擊金屬物，卻不會碰觸到需要被保護的部位時，該部位就是在接閃器有效保護范圍內(nèi)。

2 各種類型接閃器防雷保護范圍

煤礦瓦斯泵房建設(shè)高度大都在8～15 m，根據(jù)《煤礦安全規(guī)程》（2016年）中相關(guān)要求抽采瓦斯泵站放空管高度應(yīng)距離泵房房頂3 m以上，放散管管口高度應(yīng)在11～18 m，即放散管管口高度11 m左右，在選用單、雙支接閃桿或單根接閃線作為接閃器使用時，借助滾球法確定的保護范圍仍不能覆蓋放散管保護區(qū)域。

2.1 單支接閃桿保護范圍

假設(shè)放散管處需要保護平面高度為hx，則：

hx=hf+3+0.5+2.5=14（1）

上式中，hx表示放散管處應(yīng)保護平面高度，單位為m;hf表示瓦斯泵站高度，取最小數(shù)值8 m;3 m表示放散管與泵房房頂間最短距離;0.5 m代表管帽高度;2.5 m表示管帽保護范圍以上垂直距離。

若接閃器直接選用單支接閃桿，則距離地面任意一高度hx處保護范圍為：

rx=■-■（2）

式（2）中，rx表示接閃桿在任意hx高度平面上保護范圍半徑，單位為m;hr表示滾球半徑，單位為m;hx表示被保護物高度，單位為m;h表示接閃桿高度，單位為m。

針對瓦斯泵站放散管防雷，可將其按照第一類防雷建筑物設(shè)計，假設(shè)hr數(shù)值為30 m;瓦斯泵站接閃桿高度h為30 m;瓦斯泵站最小高度值為8 m，此時被保護平面高度hx為14 m;最大數(shù)值rx為4.62 m。

假設(shè)接閃桿與瓦斯泵站放散管最小間離Sx分別滿足《防雷規(guī)范》第4.2.1條3款和5款規(guī)定Sx>5 m和Sx>4 m，兩者聯(lián)立后，取Sx>5 m。若放散管處保護范圍r=5 m，則接閃桿與被保護范圍間的最小水平距離LX=Sx+r=5+5=10（m）。因rx<Lx或rx<r，由此看出，若選用單支接閃桿作為瓦斯泵房接閃器，不管其保護范圍如何很難確保整個瓦斯泵房在接閃器有效保護范圍內(nèi)。

2.2 雙支接閃桿保護范圍

相較于單支接閃桿，雙支接閃桿只是增加2個接閃桿間保護范圍，保護范圍寬度發(fā)生變化，其最大寬度就是單支接閃桿確定保護半徑rx。在上述條件不變情況下hr=30、h=30、hx=14、rx=4.62，若被保護物hx高度為14 m情況下，被保護范圍半徑為5 m，因rx=4.62<r=5 m，由此可看出，不管雙支接閃桿距離如何，很難保證整個瓦斯泵站放散管在接閃桿內(nèi)、外側(cè)形成有效保護范圍內(nèi)。

2.3 單根接閃線保護范圍

通過對比單根接閃線和雙支接閃桿，兩者桿外側(cè)保護范圍幾乎相同，只是雙支接閃桿間保護寬度逐漸變成最后統(tǒng)一寬度rx。應(yīng)保證接閃線水平位置與《防雷規(guī)范》第4.2.1條3款中規(guī)定相符，接閃線應(yīng)放置在距離放散管5 m以外位置，此時整個瓦斯泵站放散管根本不在單根接閃線內(nèi)、外側(cè)形成有效保護范圍內(nèi)。

2.4 多4支接閃桿保護范圍

多4支接閃桿桿外側(cè)保護范圍主要是在2支接閃桿形成保護范圍基礎(chǔ)上確定的，只要保證中間區(qū)域保護范圍最低點高度h0比被保護范圍高度hx數(shù)值大即可，也就是h0>hx，此時多4支接閃桿中間區(qū)域基本可確保整個瓦斯泵站放散管在其有效保護范圍內(nèi)。

h0=+h-hr（3）

上式中，D3表示4支接閃桿2支不相鄰接閃桿間距離。瓦斯泵站高度在8～15 m，此時可選取最大值15 m，則保護平面高度hx=21 m，該數(shù)值是瓦斯泵房高度（15 m）、放散管與泵房房頂間最短距離（3 m），管帽高度（0.5 m），管帽保護范圍以上垂直距離（2.5 m）4個數(shù)值之和;滾球半徑保持不變hr=30 m;瓦斯泵站接閃桿最大高度值為30 m;此時求出D3數(shù)值為42.8 m。由此，即使瓦斯泵站放散管高度達15 m，在選用4支接閃桿作為接閃器情況下，只要保證D3的數(shù)值不超過42.8 m，就能確保瓦斯泵站放散管在4支接線桿形成有效保護區(qū)域內(nèi)。

2.5 2根等高線接閃線保護范圍

2根接閃線外側(cè)保護范圍數(shù)在2個單根接閃線形成保護范圍基礎(chǔ)上進行確定，中間區(qū)域只要保證保護范圍最低點高度高于被保護范圍高度即可，也就是h0>hx，2根等高接閃線中間區(qū)域形成保護范圍，計算公式為：

h0=上式中，D表示2根接閃線間距，單位為m。瓦斯泵站高度在8～15 m，此時可選取最大值15 m，保護平面高度hx=瓦斯泵房高度（15 m）+放散管與泵房房頂最短距離（3 m）+管帽高度（0.5 m）+管帽保護范圍以上垂直距離（2.5 m）=21 m;滾球半徑hr=28 m;瓦斯泵站接閃桿最大高度值為28 m;此時求出D數(shù)值為37 m。相較于多4支接閃桿保護范圍，利用2根接閃線作為接閃器保護范圍更大，只要確保D<37 m即可，2根接閃線中間形成保護區(qū)域基本可確保瓦斯泵站放散管安全。

3 實際案例分析

煤礦井瓦斯抽采系統(tǒng)主要是根據(jù)高、低負壓2套系統(tǒng)建立的，泵站、瓦斯泵房、管道間、水泵間等建筑物占地面積648 m2，放散管在負壓段和正壓斷上均有設(shè)置，共有4個，瓦斯抽采泵站放散管和泵房有效保護范圍內(nèi)。瓦斯泵房高度在9 m左右，放散管管口與地面間距12 m，管帽與地面間距為12.5 m。在對其進行直擊雷防護設(shè)計過程中應(yīng)按照以下步驟進行。

（1）確定防雷應(yīng)保護范圍。在對放散管和泵房防雷設(shè)計過程中，應(yīng)將放散管作為一類防雷建筑，泵房作為二類防雷建筑。根據(jù)《防雷規(guī)范》要求，放散管保護區(qū)域應(yīng)在保護平面高度hx=15 m，且與管口間距5 m區(qū)域內(nèi)。

（2）確定接閃器類型。結(jié)合以上分析可以發(fā)現(xiàn)，單支接閃桿、雙支接閃桿和單根接閃線都很難保證放散管在其保護范圍內(nèi)。該工程中瓦斯泵房面積較大，可以優(yōu)先考慮選擇4支等高接閃桿作為防雷保護，若與防雷要求不相符，可以選擇2根接閃線。

（3）確定接閃器位置。根據(jù)《防雷規(guī)范》中的相關(guān)要求，應(yīng)確保接閃桿與被保護建筑物、管道之間、接閃器與放散管間的距離、接閃器與雷閃接觸點間滿足要求，對接閃桿平面布置確定。

（4）確定最小保護高度?？梢越Y(jié)合相關(guān)公式將最小保護高度數(shù)值計算出來，為了確保被保護物在接閃桿保護范圍內(nèi)，應(yīng)保證最小保護高度h0高于被保護平面高度hx，也就是h0>hx;若h0數(shù)值比hx高出很多，可以將接閃桿高度降低，還能節(jié)省材料。

參考文獻

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