吳昌

摘 要：文章主要對近年來本公司在煤礦供電系統(tǒng)防雷擊研究工作中實(shí)施的幾項(xiàng)措施進(jìn)行了簡要的效果分析，對煤礦供電系統(tǒng)防雷工作進(jìn)行了探討。

關(guān)鍵詞：煤礦供電；全線架空地線；石墨接地

中圖分類號：TD611 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）14-0104-02

Abstract： In this paper， several measures applied in the research of lightning protection in coal mine power supply system in recent years are analyzed briefly， and the lightning protection work of coal mine power supply system is discussed.

Keywords： power supply in coal mine； whole line overhead ground wire； graphite grounding

1 概述

供電系統(tǒng)在煤礦的生產(chǎn)過程中擔(dān)負(fù)著重要的任務(wù)，它為煤礦生產(chǎn)提供幾乎所有動力設(shè)備能源供給，是煤礦生產(chǎn)得以順利開展的重要保障。近年來隨著礦井供電生產(chǎn)管理水平的不斷提高，因誤操作產(chǎn)生的事故在不斷的減少，而因雷擊導(dǎo)致電網(wǎng)跳閘的煤礦停電事故發(fā)生比例在不斷提高。

根據(jù)邯鄲市氣象局資料，邯鄲市年平均雷暴日數(shù)為23.8d/a，屬中雷區(qū)。峰峰集團(tuán)礦井位于邯鄲西南部，而峰峰地區(qū)年平均雷暴日為27d/a，因逐漸接近山區(qū)，平均雷暴日高于邯鄲地區(qū)平均天數(shù)，屬于雷電多發(fā)區(qū)域。峰峰集團(tuán)生產(chǎn)礦井多為高瓦斯礦井，對電網(wǎng)供電可靠性要求較高。煤礦井下水泵、提升機(jī)等大功率設(shè)備設(shè)置都設(shè)有失壓保護(hù)裝置，當(dāng)供電系統(tǒng)遭受雷擊造成電網(wǎng)瞬時失壓或電壓劇烈波動，將導(dǎo)致井下設(shè)備失壓動作發(fā)生大面積停電，引發(fā)提升機(jī)斷繩和水泵損壞事故發(fā)生。供電系統(tǒng)的瞬時停電極易引發(fā)瓦斯超限而導(dǎo)致瓦斯爆炸的次生事故發(fā)生，給礦井安全生產(chǎn)帶來極大威脅。同時因煤礦井下作業(yè)面廣，生產(chǎn)礦井開采作業(yè)面沿深較長，發(fā)生雷擊停電后恢復(fù)送電生產(chǎn)往往時間較長，給礦井的生產(chǎn)造成重大經(jīng)濟(jì)損失。

決戰(zhàn)雷雨季、防雷擊停電事故成為保供電任務(wù)的重頭戲。如何提高煤礦供電系統(tǒng)預(yù)防雷擊停電事故能力成為擺在煤礦供電人面前的重大難題。本人將近年來本部門在煤礦供電系統(tǒng)防雷擊工作中經(jīng)實(shí)施后效果明顯的幾項(xiàng)改進(jìn)措施進(jìn)行探討。

2 雷擊原理及目前的防雷形式

雷擊主要有兩種產(chǎn)生形式，一種是直接雷擊，另一種是感應(yīng)雷擊，其中感應(yīng)雷擊對供電線路破壞性最大。其主要是通過入侵電源線路或者對附近架空、埋地的電纜、建筑物附件產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁感應(yīng)及短時超高電壓。

為了防止雷電對供電系統(tǒng)的破壞，目前煤礦系統(tǒng)通常采用避雷線和避雷針對雷電進(jìn)行預(yù)防，通過接地引下線和接地網(wǎng)引導(dǎo)雷電電流下泄大地，保護(hù)設(shè)備及建筑物免遭雷電襲擊。但是，這些常用的避雷設(shè)施的效果滿足不了煤礦供電安全要求。雷雨天氣時，還會發(fā)生雷擊線路導(dǎo)致供電線路出線開關(guān)發(fā)生重合閘，瞬間的電壓波動引發(fā)井下設(shè)備大面積停電，無法保障煤礦井下安全生產(chǎn)。

3 提高防雷能力的改進(jìn)措施

為了提高煤礦供電系統(tǒng)的防雷水平，我公司對煤礦防雷設(shè)施進(jìn)行了多次改造，其中以下三種改進(jìn)措施取得了好的效果。

3.1 全線路架設(shè)架空地線，提高主供線路防雷能力

電力線路設(shè)計(jì)規(guī)范要求：35kV架空電力線路在進(jìn)出線段宜架設(shè)地線，加掛地線長度一般宜為1.0km-1.5km。根據(jù)設(shè)計(jì)規(guī)范現(xiàn)有的煤礦35kV供電線路在線路出線首端和進(jìn)入礦井變電站的末端都架設(shè)有架空地線預(yù)防雷電入侵建筑物。從近幾年發(fā)生的幾起雷擊跳閘事故分析，雷擊線路跳閘主要發(fā)生在無架空地線的線路段上。無架空地線的35kV線路，耐雷水平較低，當(dāng)雷擊架空線路時，不論是感應(yīng)雷過電壓還是直擊雷過電壓都極易引起絕緣閃絡(luò)，形成單相接地故障，如果這個故障不能及時消除，就有可能造成線路跳閘，引起線路的停電。在無架空地線保護(hù)的線路段甚至發(fā)生了雷擊導(dǎo)致導(dǎo)線斷線事故，可見架空地線對于保護(hù)線路免受雷擊起了很大的作用。

為降低線路因雷擊產(chǎn)生故障的次數(shù)，提高供電線路防雷水平，經(jīng)反復(fù)論證后我公司決定對35kV供電線路進(jìn)行增設(shè)全線路架空地線改造。線路桿塔改造主要分兩類進(jìn)行，首先結(jié)合設(shè)計(jì)部門對線路增加架空地線后桿塔荷載受力進(jìn)行計(jì)算分析。滿足受力要求的鐵塔增加地線掛環(huán)后可直接加掛架空地線，滿足受力要求的電桿需要安裝自制的電桿鐵頭后加掛架空地線。第二類為不滿足受力要求的桿塔，根據(jù)桿位進(jìn)行路徑優(yōu)化后架設(shè)新的桿塔掛接架空地。按照改造要求，所有的架設(shè)架空地線的水泥電桿要安裝接地引下線，并牢靠地連接在電桿接地網(wǎng)上。

在雷雨季節(jié)來臨之前，我公司每年安排線路人員對所有線路桿塔接地電阻進(jìn)行測量，接地電阻不滿足要求的采取降阻措施或進(jìn)行更換。要求線路巡視人員對所有電桿的接地引下線連接情況進(jìn)行檢查，發(fā)現(xiàn)丟失及時補(bǔ)充，確保了架空線路接地可靠，接地電阻滿足規(guī)程要求。運(yùn)行數(shù)年來，全線路有架空地線的供電線路沒有發(fā)生過落雷停電事故，線路供電安全有了很大的提高。

3.2 利用石墨接地極對礦井變電站接地網(wǎng)接地進(jìn)行改造，降低接地電阻

接地網(wǎng)作為變電站交直流設(shè)備接地及防雷保護(hù)接地的載體，它的合格與否直接關(guān)系到供電系統(tǒng)的運(yùn)行安全。接地網(wǎng)在變電站遭受雷擊后可為雷電電流下泄大地提供通道，因此接地阻值越小越好。

礦井變電站由于設(shè)計(jì)年限較早，原先變電站內(nèi)未使用計(jì)算機(jī)綜保等弱點(diǎn)設(shè)備，因此對接地電阻的要求較低，一般只要4歐就滿足要求。原接地網(wǎng)普遍采用鍍鋅鋼管作為接地極，沿接地網(wǎng)方向等距垂直打入土壤中，通過焊接固定到接地線上，由于鍍鋅鋼管接地極在土壤中長期受到腐蝕，接觸面積不斷減少，接地電阻不斷升高。在近幾年接地網(wǎng)開挖檢查時，發(fā)現(xiàn)部分接地網(wǎng)嚴(yán)重腐蝕斷裂，已無法滿足接地要求。

為了滿足目前接地網(wǎng)接地電阻小于1歐的要求，同時提高接地體耐腐蝕能力和使用年限。我公司采用了非金屬石墨接地極作為接地體對變電站進(jìn)行了接地網(wǎng)改造。

石墨接地極是一種以非金屬材料為主的接地體，它由導(dǎo)電性、穩(wěn)定性較好的非金屬礦物和電解物質(zhì)組成，石墨作為載體，加入離子緩釋劑、保水劑、凝固劑等多種材料，可使其與土壤的接觸面積成倍增加，從而降低土壤的散流電阻。石墨接地極自身呈弱堿性（pH值約為11），且含有防腐劑可使其理論壽命大于30年，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鍍鋅鋼材的使用年限。由于自身材料特點(diǎn)，在同等條件下，石墨接地極比同等面積的金屬材料降低接地電阻要小25%左右，高土壤電阻率的情況下，效果尤為明顯。石墨接地極經(jīng)多次大電流沖擊后，模塊電阻值不增大，無變硬、發(fā)脆、斷裂現(xiàn)象。

石墨接地極可進(jìn)行垂直埋置或水平埋置，我公司接地網(wǎng)改造中采用垂直埋設(shè)，埋設(shè)深度為0.8米。接地模塊之間并聯(lián)埋置，間距為5.0m。接地線采用50*5mm的鍍鋅扁鋼進(jìn)行環(huán)形敷設(shè)?？硬刍靥畈捎眉?xì)粒土為填料，回填時分層操作，填30公分料后，適量加水并夯實(shí)。再填料，加水和夯實(shí)，直至與地表齊平?；靥钔戤吅鬂菜疂駶?，吸濕72小時后，經(jīng)用地阻儀測量工頻接地電阻值小于1歐，達(dá)到預(yù)期改造要求。

3.3 變電站二次系統(tǒng)裝設(shè)浪涌保護(hù)器

浪涌也叫突波，是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖，對電子設(shè)備及元件造成重大損害。雷電過電壓和雷擊電磁脈沖是浪涌產(chǎn)生的原因之一。

煤礦供電系統(tǒng)的二次保護(hù)系統(tǒng)，目前普遍采用微機(jī)型綜合保護(hù)裝置，雷電波入侵后會產(chǎn)生瞬時過電壓，損壞保護(hù)裝置電子設(shè)備，造成保護(hù)裝置誤動停電事故。近年來，雷電造成設(shè)備跳閘后，常常發(fā)生對應(yīng)綜保設(shè)備裝置損壞事件，其主要原因就是雷電波不能及時有效的泄入大地，殘余的雷電放電及電磁脈沖以及雷電過電壓對控制保護(hù)等弱電設(shè)備產(chǎn)生了嚴(yán)重的電磁干擾，導(dǎo)致過電壓損壞電子元件，電磁干擾設(shè)備發(fā)生誤動作。為降低雷電對煤礦供電保護(hù)控制系統(tǒng)的影響，我公司在變電站二次系統(tǒng)及低壓系統(tǒng)中安裝了浪涌保護(hù)器，簡稱SPD。浪涌保護(hù)器是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置，其工作原理類似于線路避雷器。適用于交流50/60Hz，額定電壓至380V的供電系統(tǒng)中，對間接雷電和直接雷電影響或其他瞬時過壓的電涌進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護(hù)器能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。

4 結(jié)束語

雷電天氣給煤礦供電系統(tǒng)安全運(yùn)行造成很大影響，提高防雷擊停電事故能力一直是供電人急需解決的重要問題。我公司通過以上三種措施的改造實(shí)施，煤礦供電系統(tǒng)防雷能力有了很大的提高，雷雨天氣時跳閘停電事故發(fā)生的次數(shù)在逐漸降低，保障了礦井的安全生產(chǎn)。

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