某閘站降壓站防雷接地設(shè)計(jì)復(fù)核

宋靜萍

摘 要：以某閘站降壓站避雷器遭受雷擊損壞為切入點(diǎn)，以規(guī)程規(guī)范為依據(jù)，對(duì)降壓站現(xiàn)有防雷接地設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核，并提出運(yùn)行管理建議，避免雷擊損壞設(shè)備事故再次發(fā)生。

關(guān)鍵詞：雷擊損壞;雷電過(guò)電壓保護(hù);接地保護(hù);避雷器參數(shù)選擇

0 引言

我國(guó)每年因雷擊破壞建筑物及電氣設(shè)備的事件時(shí)有發(fā)生，為了避免給人們的經(jīng)濟(jì)財(cái)產(chǎn)造成損失，確保工程順利運(yùn)行，電氣設(shè)計(jì)必須采取一系列防雷接地的措施。盡管如此，工程中仍有可能發(fā)生避雷器雷擊炸裂、電氣設(shè)備雷擊損壞的情況，其原因是多方面的，筆者從設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，對(duì)某降壓站現(xiàn)有防雷接地設(shè)計(jì)進(jìn)行復(fù)核，并提出運(yùn)行管理建議。

1 概況

某閘站降壓站電氣設(shè)備于2016年安裝并投入運(yùn)行，2017、2018年連續(xù)兩次雷雨時(shí)其避雷器被擊穿，并均導(dǎo)致10kV高壓配電設(shè)施損壞。事故后，運(yùn)行管理單位更換了所有損壞的設(shè)備。

2017年、2018年兩次避雷器被擊穿均為雷雨天氣，且根據(jù)事后與電力部門溝通，當(dāng)時(shí)10kV線路未進(jìn)行投切操作，初步確定事故與設(shè)備雷電過(guò)電壓關(guān)聯(lián)最大。因此設(shè)計(jì)復(fù)核主要為防雷接地設(shè)計(jì)復(fù)核。

2 設(shè)計(jì)復(fù)核

2.1 地理位置和氣候條件

此閘站布置在河北省保定市，位于平原開(kāi)闊地區(qū)，其主要建筑物為閘門啟閉機(jī)室、電氣用房及管理用房等。

工程地處暖溫帶大陸性季風(fēng)氣候區(qū)，海拔高度約73m，多年平均氣溫一般在12.3℃左右，多年平均降水量540.7mm，年內(nèi)降水量的70～80%集中于汛期，多以暴雨形式出現(xiàn)。

根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》中17.6.3章節(jié)全國(guó)主要城市氣象參數(shù)，保定市年平均雷暴日數(shù)為30.7d/a，根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）的分類，工程所在地屬于中雷區(qū)。

建筑物處土壤為粘性土和砂性土，按照各層土的厚度和接地體埋設(shè)深度，根據(jù)《工業(yè)與民用供配電設(shè)計(jì)手冊(cè)（第四版）》中表14.6-1 土壤和水的電阻率參考值，閘站電阻率近似值為300Ω·m。

2.2 閘站降壓站電氣設(shè)計(jì)方案

降壓站主要用電建筑物為閘門啟閉機(jī)室、電氣用房及管理用房等，設(shè)置1座10/0.4kV戶內(nèi)變電站為用電負(fù)荷供電，并設(shè)置一套全自動(dòng)型柴油發(fā)電機(jī)組作為二級(jí)負(fù)荷的備用電源。

降壓站10kV電源“T”接自附近10kV線路，新架10kV架空線路約280米，導(dǎo)線型號(hào)采用JKLGYJ-10-50型，設(shè)立水泥桿6基;6#終端桿至配電室10kV高壓電纜進(jìn)線柜采用高壓電纜穿管暗敷，電纜型號(hào)為ZRA-YJV22-8.7/15kV-3×50，長(zhǎng)度約50m。電源引接桿（原10kV線路桿塔改造）設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)，新架10kV線路首端1#、2#雙桿裝設(shè)柱上計(jì)量裝置，計(jì)量裝置進(jìn)出線均設(shè)置3臺(tái)HY5WS-17/50避雷器，6#終端桿上裝設(shè)跌落式熔斷器和3臺(tái)HY5WS-17/50避雷器。降壓站電氣用房布置2面10kV高壓環(huán)網(wǎng)柜、1臺(tái)160kVA干式變壓器及4面GCS低壓柜。

在10kV線路計(jì)量桿、終端桿、閘門啟閉機(jī)室、電氣用房及管理用房四周設(shè)邊緣閉合的復(fù)合接地網(wǎng)，建筑物屋頂設(shè)置φ10熱鍍鋅圓鋼避雷帶。降壓站內(nèi)工作、保護(hù)及防雷共用接地裝置，站內(nèi)設(shè)置自動(dòng)化電子設(shè)備，接地裝置的接地電阻要求不大于1Ω;按照《交流電氣裝置接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50065-2011第6.1.4條，新架架空線路首端和終端電桿接地電阻要求不超過(guò)10Ω。

2.3 防雷接地設(shè)計(jì)復(fù)核

本工程主要包括新架10kV輸電線路、變電站及配電系統(tǒng)部分，筆者主要按照《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50064-2014及《交流電氣裝置接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50065-2011涉及的條款，針對(duì)雷電過(guò)電壓保護(hù)措施，對(duì)上述部分進(jìn)行防雷接地設(shè)計(jì)復(fù)核。

2.3.1 架空線路

（1）雷電過(guò)電壓保護(hù)

新架10kV架空線路約280米，導(dǎo)線型號(hào)采用JKLGYJ-10-50型，架空線有絕緣，無(wú)地線，位于中雷區(qū)。10kV水泥桿配電線路采用金屬橫擔(dān)。滿足《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50061-2010第6.0.14條第3款要求。

降壓站引接10kV線路與35kV架空線路有交叉，交叉線路之間的距離大于5m，按《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）5.3.2條款要求，交叉檔兩端的10kV電桿無(wú)需考慮接地裝置。

（2）接地保護(hù)

架空線路首桿（即1#、2#計(jì)量桿）和尾桿（即6#終端桿）水泥桿設(shè)置接地裝置，水泥桿周圍敷設(shè)邊緣閉合的-40×4扁鋼水平接地網(wǎng)，并設(shè)置∠50×5×2500角鋼接地極，間距5m。接地裝置水平埋深為1m。桿上金屬構(gòu)件、避雷器、設(shè)備外殼等均與接地裝置可靠連接，引下線采用-40×4扁鋼。接地體及接地引下線均做熱鍍鋅處理，接地裝置的連接均采用焊接。滿足《交流電氣裝置接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50065-2011第5.1.5和5.1.8條，以及《66kV及以下架空電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范》6.0.17條的要求。

2.3.2 變電站進(jìn)線段的雷電過(guò)電壓保護(hù)

為防止雷電侵入波產(chǎn)生過(guò)電壓，1#、2#計(jì)量桿的進(jìn)出線均設(shè)置3臺(tái)HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護(hù)計(jì)量裝置，架空線和電纜連接處即6#終端桿上裝設(shè)3臺(tái)HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護(hù)電纜段。10kV高壓電纜進(jìn)線處在10kV高壓電纜進(jìn)線柜配置3臺(tái)HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護(hù)柜內(nèi)設(shè)備。終端桿上及進(jìn)線柜內(nèi)避雷器接地端與接地裝置及電纜金屬外皮相連。滿足《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50064-2014第5.4.13條第 12款要求。

2.3.3 變電站雷電過(guò)電壓及接地保護(hù)

根據(jù)《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50057-2010，廠區(qū)內(nèi)建筑物按三類防雷建筑物設(shè)置直擊雷保護(hù)裝置，屋頂設(shè)置φ10熱鍍鋅圓鋼避雷帶，并設(shè)置接地引下線與主接地網(wǎng)相連。屋頂上設(shè)備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬構(gòu)件均與接地裝置可靠連接。建筑物周圍敷設(shè)邊緣閉合的-40×4扁鋼水平接地網(wǎng)，并設(shè)置∠50×5×2500角鋼接地極，間距5m。接地裝置水平埋深為1m。接地體及接地引下線均做熱鍍鋅處理，接地裝置的連接均采用焊接。接地網(wǎng)設(shè)計(jì)滿足《交流電氣裝置接地設(shè)計(jì)規(guī)范》GB/T 50065-2011中對(duì)變電站接地的要求。

2.3.4 配電系統(tǒng)雷電過(guò)電壓保護(hù)

10kV高壓電纜進(jìn)線柜配置HY5WS-17/50配電型避雷器，10kV高壓出線柜配置GPT-Z-12.7/31三相組合式過(guò)電壓保護(hù)器，其接地線均與接地裝置連在一起。

變壓器低壓側(cè)繞組配置Y3W-0.5/2.6低壓避雷器，其接地線與變壓器金屬外殼連在一起，以防止反變換波和低壓側(cè)雷電侵入波擊穿絕緣。

低壓柜0.4kV母線上設(shè)置浪涌保護(hù)器。

滿足《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）5.5 條款要求。

2.3.5 無(wú)間隙氧化物避雷器參數(shù)選擇

本次重點(diǎn)復(fù)核曾遭受雷擊損壞處的避雷器技術(shù)參數(shù)。計(jì)量桿、終端桿及電纜進(jìn)線高壓柜均配置HY5WS-17/50無(wú)間隙金屬氧化物避雷器，其主要參數(shù)包括避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓、額定電壓、標(biāo)準(zhǔn)額定頻率、標(biāo)稱放電電流、2ms方波電流（峰值）、雷電沖擊下的最大殘壓等。

系統(tǒng)標(biāo)稱電壓為10kV，系統(tǒng)最高電壓Um為12kV，10kV系統(tǒng)為不接地系統(tǒng)，則根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）表4.4.3：

額定頻率為50Hz

避雷器額定電壓為1.38Um=16.56 kV（相地）

避雷器持續(xù)運(yùn)行電壓為1.1Um=13.2kV（相地）

根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）6.3.1條文說(shuō)明：

配電用避雷器標(biāo)稱放電電流為5kA。

根據(jù)《交流無(wú)間隙氧化物避雷器》（GB 11302-2010）表1避雷器分類，表8避雷器長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電流沖擊（方波沖擊電流）試驗(yàn)要求，2ms方波電流（峰值）為75A。

根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB/T 50064-2014）表6.4.4及表6.4.6-1，變壓器及開(kāi)關(guān)額定雷電沖擊耐受電壓為75kV，設(shè)備外絕緣的雷電沖擊耐壓配合系數(shù)為1.4，則避雷器雷電沖擊下的最大殘壓應(yīng)小于75/1.4=53.57kV。

所選配電型避雷器為HY5WS-17/50（400A）型，避雷器額定電壓17kV，標(biāo)稱放電電流為5kA，2ms方波電流（峰值）為400A，雷電沖擊下的最大殘壓為50kV，主要技術(shù)參數(shù)滿足規(guī)范要求。

3 結(jié)論

閘站降壓站防雷接地設(shè)計(jì)符合規(guī)程規(guī)范要求，主要設(shè)備參數(shù)選擇滿足規(guī)程規(guī)范要求及工程需要。

4 建議

4.1 避雷器解體查找損壞原因

2017、2018年避雷器連續(xù)兩年雷擊損壞，原因可能是多方面的，對(duì)于雷擊損壞的避雷器應(yīng)進(jìn)行解體分析，查找是否存在密封不良、內(nèi)部受潮、外瓷套污穢嚴(yán)重、彈簧導(dǎo)流性能差、金屬支撐附屬件存在毛刺等原因，上述原因是導(dǎo)致避雷器爆炸的常見(jiàn)因素。

4.2 加強(qiáng)正在使用的避雷器監(jiān)督

事故后更換的避雷器，應(yīng)按《交流無(wú)間隙氧化物避雷器》（GB 11302-2010）第9章要求進(jìn)行的試驗(yàn)項(xiàng)目檢查，檢查廠家測(cè)試報(bào)告是否齊全，測(cè)試項(xiàng)目是否完整。

加強(qiáng)定期巡視，日常維護(hù)中，及時(shí)對(duì)污穢進(jìn)行清掃。加強(qiáng)每年雷雨季節(jié)前的避雷器帶電測(cè)試。普及紅外熱像儀在避雷器運(yùn)行監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用，一旦發(fā)現(xiàn)溫度分布不正常時(shí)，進(jìn)行跟蹤監(jiān)測(cè)或停電試驗(yàn)，避免發(fā)生事故。

4.3 檢查降壓站內(nèi)防雷接地及過(guò)電壓保護(hù)實(shí)施情況

檢查戶外電桿及電氣用房防雷接地措施實(shí)施情況。計(jì)量桿上避雷器接地端與電桿接地裝置可靠連接;終端桿上及進(jìn)線柜內(nèi)避雷器接地端與接地裝置及電纜金屬外皮相連;桿上金屬構(gòu)件、避雷器、設(shè)備外殼等均與接地裝置可靠連接;電氣用房設(shè)備基礎(chǔ)槽鋼、柜體等均與接地裝置可靠連接;檢查接地電阻滿足設(shè)計(jì)要求。

水工建筑物的防雷接地是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，從設(shè)計(jì)、實(shí)施、產(chǎn)品選擇及運(yùn)行管理等多方面嚴(yán)格把關(guān)，避免建筑物和電氣設(shè)備遭受雷擊危害。

參考文獻(xiàn)：

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