神東礦區(qū)雷電的綜合防治

溫亮

摘 要：文章分析了雷電的類型及造成大面積停電帶來的危害，并對神東礦區(qū)10多年來雷電綜合防治的一些技術(shù)措施、管理經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了總結(jié)，對陜蒙地區(qū)工礦企業(yè)的雷電防治工作具有一定的指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：雷電；綜合防治；大面積停電；無計(jì)劃停風(fēng)

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）26-0113-04

Abstract： This paper analyzes the types of lightning and the harm caused by large area blackout， and summarizes some technical measures and management experiences of lightning comprehensive prevention and control in Shendong mining area in the past 10-odd years. It has certain guiding significance to the lightning prevention and control work of industrial and mining enterprises in Shaan-Meng area.

Keywords： thunder and lightning； integrated prevention and control； large area blackout； unplanned wind outage

引言

神東礦區(qū)位于內(nèi)蒙古、山西、陜西交界處，共管理178條架空輸電線路，全長757.9公里。其中，10kV線路中的82條線路長約245.4公里，35條線路中的88條線路長約392.5公里，110條線路中的8條線路長約120公里。該地區(qū)屬于典型的高原氣候，近些年來，雷電活動日益頻繁。因雷擊架空線路引起的主通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)無計(jì)劃停風(fēng)事故占比超過無計(jì)劃停風(fēng)事故總量的70%，給礦井的安全及正常生產(chǎn)造成了非常嚴(yán)重的影響。

針對這種狀況，神東嚴(yán)抓防雷基礎(chǔ)工作，分析發(fā)生的雷擊事故原因，并參照國家、行業(yè)的規(guī)程、規(guī)范，結(jié)合神東礦區(qū)所在地區(qū)氣候、地質(zhì)等方面的特點(diǎn)，具有神東自身特點(diǎn)的綜合防雷方法逐漸形成。該方法取得了明顯成效，2016年同2010年相比，主要通風(fēng)機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)無計(jì)劃停風(fēng)次數(shù)下降了90%。

1 防雷電技術(shù)措施

1.1 35kV及以上電壓等級的架空輸電線路全線架設(shè)避雷線

神東礦區(qū)榆家梁煤礦35kV變電站的架空輸電線路引自地方110kV變電站，在2011年前經(jīng)常發(fā)生雷擊35kV架空輸電線路造成的停電事故，通過多次沿線查找故障點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)雷擊故障點(diǎn)多發(fā)生于沿線無架空地線的區(qū)域內(nèi)。通過改造增加架空地線后，該區(qū)域雷擊事故得到了有效的控制。

1.2 在桿塔頂部安裝避雷針

在多雷區(qū)及易擊點(diǎn)或在山頂高位的桿塔，可在桿塔頂部裝設(shè)避雷針。在繞擊雷活動頻繁區(qū)段加裝負(fù)角保護(hù)針，安裝在線路兩邊相，可有效防止雷電繞擊，它與架設(shè)在導(dǎo)線上方的避雷線相互配合，截?cái)嘀睋衾缀屠@擊雷效果顯著，起到了很好的屏蔽效果。

神東在35kV及以上電壓等級的架空輸電線路上均安裝了避雷針，該避雷針由特殊材質(zhì)構(gòu)成，安裝后，雷電沖擊電流經(jīng)過接閃器后，才作用于絕緣子，等效為在絕緣子和避雷針之間串聯(lián)了一個耐極高沖擊電流的特殊RLC電路，電路增加了雷電流的沖擊阻抗，優(yōu)化了桿塔的電氣模型，延緩了雷電波前沿陡度。經(jīng)國網(wǎng)武漢高壓研究院檢測，接閃器接入后，沖擊電流削峰達(dá)30%以上，沖擊過程被明顯放緩，陡度減小，對雷電放電脈沖前沿有著明顯的抑制作用。同時，通過神東應(yīng)用實(shí)踐證明，在桿塔頂部安裝避雷針可有效降低雷擊事故。

1.3 帶間隙型避雷器

采用大球面間隙，使放電穩(wěn)定，減少分散性。球面電極采用可調(diào)式，可以很方便的調(diào)整避雷器放電電壓，上端電極為不銹鋼球頭設(shè)計(jì)，貫穿在避雷器上端的接線座上。下端大球面間隙電極，采用特殊低熔合金制造，一旦避雷閥片損壞，大球面電極將會融成小顆粒狀，散落在一定的范圍內(nèi)，不會傷及人員安全，電極溶化后，避雷器與電網(wǎng)自動脫離，線路仍可繼續(xù)正常供電。由于有串聯(lián)間隙的存在，在系統(tǒng)正常工作電壓下，間隙隔離了系統(tǒng)電壓，阻止電流流過避雷器，無續(xù)流解決了電阻片老化問題，延長了避雷器的使用壽命，減少事故發(fā)生。當(dāng)系統(tǒng)產(chǎn)生過電壓并超過放電電壓值時，間隙放電，電阻片呈現(xiàn)低阻狀態(tài)，由于電阻片的參數(shù)選擇比無間隙避雷器的殘壓低，所以保護(hù)性能好，增大了被保護(hù)范圍。

2012年開始，神東在6（10）kV向主通風(fēng)機(jī)房供電的架空輸電線路中推廣應(yīng)用了帶間隙型避雷器，取得了較好的效果。

1.4 增加架空輸電線路絕緣，同塔雙回線路采用差異絕緣配合

由于輸電線路個別地段采用大跨越高桿塔（如：跨河、跨路桿塔），高塔落雷時塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為提高線路絕緣，降低線路跳閘率，選用質(zhì)量較好的復(fù)合線路絕緣子。在架空線路上多采用沖擊閃絡(luò)電壓較高的瓷橫擔(dān)來降低線路雷擊跳閘率。

另外，對于同塔雙回線路由于兩回線路采用型號、數(shù)量相同的絕緣子，出現(xiàn)感應(yīng)過電壓或雷擊桿塔時兩回線路上的過電壓基本相等，容易造成兩回線路同時閃絡(luò)而造成供電中斷。給其中一回線路增加絕緣后，絕緣強(qiáng)度較低的一回線路就會先于絕緣強(qiáng)度較高的一回線路閃絡(luò)，使另一回線路上的雷電過電壓開始急驟下降，從而保護(hù)了絕緣強(qiáng)度較高的一回線路不因雷擊過電壓閃絡(luò)，提高了供電的可靠性。神東在架空輸電線路的改造中，增加了部分桿塔的絕緣子片數(shù)量，有效增強(qiáng)了線路的絕緣。

1.5 雙回路電源線路采用差異化敷設(shè)方式

一回電源線路采用鋼芯鋁絞線以架空的形式布置；另一回電源采用電纜直埋敷設(shè)。神東保德煤礦劉家堰主通風(fēng)機(jī)房就是依靠這種方式最終解決了雷擊停電問題。劉家堰風(fēng)井建設(shè)初期考慮到供電距離較短，電纜直埋敷設(shè)不宜被雷電、風(fēng)害、冰雪等惡劣自燃災(zāi)害影響等情況，雙回電源線路均采用了電纜直埋敷設(shè)，這種布置方式的確未受到雷電等自燃災(zāi)害的影響，但因附近村民一次施工的意外破壞，造成雙回電源均停電，主通風(fēng)機(jī)發(fā)生了無計(jì)劃停風(fēng)事故，為這座高瓦斯礦井帶來了較大的安全隱患。事故分析會上，大家分析認(rèn)為該電纜直埋敷設(shè)區(qū)域環(huán)境復(fù)雜，如繼續(xù)使用直埋電纜仍難以避免意外破壞事件的發(fā)生；如改為鋼芯鋁絞線以架空供電，該區(qū)域?yàn)槔讌^(qū)，也存在較大的雷擊風(fēng)險(xiǎn)。最終方案確定為：一回電源線路采用鋼芯鋁絞線以架空的形式布置；另一回電源采用電纜直埋敷設(shè)。雙回路電源線路差異化敷設(shè)方式改造完成后，雷雨季節(jié)使用電纜作為主供電回路，非雷雨季節(jié)使用架空線路作為主供電回路，從現(xiàn)場實(shí)際運(yùn)行效果來看，進(jìn)一步提高了風(fēng)井供電的可靠性。

2 防雷電管理措施

2.1 加強(qiáng)架空輸電線路的巡查

每月對架空輸電線路進(jìn)行徒步巡視，發(fā)現(xiàn)隱患及時處理。為了確保巡檢人員能到達(dá)現(xiàn)場，引入了架空輸電線路巡檢系統(tǒng)，巡檢人員在巡檢作業(yè)時，使用GPS（全球定位系統(tǒng)）智能手持終端通過3G無線網(wǎng)絡(luò)下載要檢查的線路桿塔信息，然后到現(xiàn)場檢查后，把檢查結(jié)果直接提交到系統(tǒng)服務(wù)器。管理人員可以在系統(tǒng)中通過地圖看到巡線的軌跡，了解巡線的整個路徑。該系統(tǒng)可有效監(jiān)督巡檢人員的巡視工作，并將巡檢工作納入了計(jì)劃和信息化管理，實(shí)現(xiàn)線路缺陷閉環(huán)管理，最大限度避免了漏檢、錯檢等人為因素。

2.2 狠抓電氣設(shè)備預(yù)防性試驗(yàn)

為降低架空輸電線路雷擊跳閘率，減少雷害事故的發(fā)生，神東每年雨季來臨前，對有避雷線地段的桿塔接地電阻進(jìn)行檢測，對接地電阻不合格的進(jìn)行處理，方法主要有：檢查避雷線與塔桿之間的接觸電阻，看是否存在接觸不良的情況，同步檢查塔桿與大地的接觸電阻，若不合格，就要對接地極進(jìn)行處理，通常是挖開接地極，在其周圍注入食鹽，加土覆蓋后，再注入水，并對腐蝕嚴(yán)重的接地網(wǎng)進(jìn)行重新敷設(shè)，對桿塔達(dá)不到接地電阻要求的，重作接地裝置，用φl0圓鋼采用方環(huán)型另加幅射的方式布置，埋深不小于0.7米。水泥桿避雷線接地引下線，用鋼絞線與接地裝置相連，不用預(yù)應(yīng)力水泥桿內(nèi)的配筋作為接地引下線。通過接地網(wǎng)改造，降低了桿塔接地電阻，改善線路接地系統(tǒng)，有效地防止有避雷線地段的線路因雷擊桿頂或避雷線而造成的反擊。

對輸電線路的絕緣子進(jìn)行擦試檢查，防止絕緣子上的塵土降低絕緣，如果絕緣子有裂縫的必須進(jìn)行更換。

檢查避雷線的完好，防止銹蝕、斷絲，檢查避雷線的垂度，并進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

2.3 變電站分列運(yùn)行

《煤礦安全規(guī)程》中規(guī)定，“正常情況下，礦井電源應(yīng)采用分列運(yùn)行方式。若一回路運(yùn)行，另一回路必須帶電備用。帶電備用電源的變壓器可以熱備用；若冷備用，備用電源必須能及時投入，保證主要通風(fēng)機(jī)在10min內(nèi)啟動和運(yùn)行”。考慮到變電站分列運(yùn)行帶來基本電費(fèi)支出導(dǎo)致礦井運(yùn)行成本增加的問題，《煤礦安全規(guī)程》中并沒有嚴(yán)格要求礦井電源必須嚴(yán)格采用分列運(yùn)行方式。

隨著雨季，雷擊停電事故的發(fā)生，帶來了一次又一次的無計(jì)劃停風(fēng)事故并影響了礦井的正常生產(chǎn)，因此帶來的間接損失也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了基本電費(fèi)的支出。針對這一情況，神東在所屬43個110kV、35kV變電站采取了分列運(yùn)行方式，進(jìn)一步提高了供電可靠性。

2.4 掌握雷電規(guī)律，展開針對性的布防

使用雷電定位系統(tǒng)，分析區(qū)域內(nèi)雷電流的強(qiáng)弱，進(jìn)而采取針對性措施，解決雷擊問題。雷電定位系統(tǒng)是氣象部門應(yīng)用較為廣泛的一種雷電監(jiān)測手段，雷電定位系統(tǒng)由布置在不同地理位置上的三臺以上的雷電探測儀，通過GPS可以構(gòu)成一個雷電探測定位系統(tǒng)網(wǎng)。如圖所示：

中心數(shù)據(jù)處理站經(jīng)通信信道可和多個探測儀相連，對接收到的閃電回?fù)魯?shù)據(jù)實(shí)時進(jìn)行交匯處理，給出每個閃電回?fù)舻臏?zhǔn)確位置、強(qiáng)度等參數(shù)，由其終端設(shè)備隨時存儲、顯示、打印或拷貝成圖；中心數(shù)據(jù)處理站也可經(jīng)通信系統(tǒng)對各個探測儀進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、調(diào)試探測儀工作狀態(tài)；中心數(shù)據(jù)處理站可通過數(shù)據(jù)服務(wù)網(wǎng)絡(luò)或設(shè)置多個圖形顯示終端，以便多個部門共享雷電的信息資源。

以神東在陜西區(qū)域內(nèi)的礦井為例進(jìn)行說明，神東在陜西區(qū)域內(nèi)有5個礦井均位于神木市境內(nèi)，神木市地處榆林市北部地區(qū)，是陜西省雷電高發(fā)縣，通過氣象部門的數(shù)據(jù)了解到，近三年每年平均發(fā)生雷電次數(shù)為8179次，平均正閃強(qiáng)度為70.4 kA，平均負(fù)閃強(qiáng)度為-39.16 kA，最大正閃強(qiáng)度可達(dá)459 kA，最大負(fù)閃強(qiáng)度為-681.1 kA。

圖4為2014-2016年神木市雷暴日分布，神木市絕大部分地區(qū)每年雷暴日為25天以上。

圖5為2014-2016年，神木市雷電密度分布，神木市東南部為高密集區(qū)，西北部為次密集區(qū)。

圖6為2014-2016年神木市雷電月分布。

圖7為2014-2016年，神木市雷電時間分布，17-20時為高發(fā)時段，12-16時、21-23時、0-06時，為次高發(fā)時段，7-11時雷電較弱。

針對上述雷電規(guī)律，可以發(fā)現(xiàn)神東在陜西區(qū)域內(nèi)礦井防雷電的關(guān)鍵月份在7-8月，每天17-20時為雷電高發(fā)時段，且榆家梁煤礦位于神木市雷電高密集區(qū)，需要加強(qiáng)布防。

正是依靠上述雷電規(guī)律，我們制定了一系列針對性的防雷電措施，如：為榆家梁煤礦35kV架空輸電線路增設(shè)避雷線，10kV主要通風(fēng)機(jī)線路加裝帶間隙型避雷器；同時要求，雷雨天氣期間，各單位要密切關(guān)注天氣情況，預(yù)報(bào)中有雷雨天氣時，要求加派一名專業(yè)領(lǐng)導(dǎo)值班，各變電站站長必須在變電站值守；各礦機(jī)電領(lǐng)導(dǎo)應(yīng)及時安排技術(shù)人員到主通風(fēng)機(jī)配電室、局扇配電點(diǎn)、瓦斯抽放泵站等重點(diǎn)場所值班，確保雷擊事故出現(xiàn)后能及時處理等等。

3 結(jié)束語

煤礦雷電的綜合防治，是煤礦安全供電管理的重中之重，容不得半刻松懈，我們不能為過去取得的成績沾沾自喜，也不能因一次雷擊事故造成的損失，而妄自菲薄，失去防治雷電的信心。總之，我們要認(rèn)真總結(jié)每一次雷擊事故的經(jīng)驗(yàn)，為煤礦的供電安全和正常生產(chǎn)保駕護(hù)航。

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