張沛廣

（新疆水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

1 引言

防雷措施的設(shè)置是工程設(shè)計(jì)中不可或缺、重要的一環(huán)。目前我國(guó)對(duì)防直擊雷已提出了具體可實(shí)施性的要求，隨著中國(guó)電力產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)雖然因?yàn)槔讚舳斐傻臄嗦菲魈l率較低，在國(guó)際尚處于領(lǐng)先地位，但是直雷擊事故從未消失。本文通過(guò)對(duì)阿爾塔什水利樞紐工程生態(tài)電站出線的防雷進(jìn)行計(jì)算，最終確定了防直擊雷設(shè)計(jì)方案，計(jì)算過(guò)程中運(yùn)用做圖確定防雷范圍，簡(jiǎn)化了計(jì)算步驟，并提出了必要的“防雷裕度”。

2 阿爾塔什水利樞紐工程防雷設(shè)計(jì)

2.1 工程狀況

阿爾塔什水利樞紐工程位于葉爾羌河干流山區(qū)河段上，是葉爾羌河干流山區(qū)河段上的一座具有防洪、灌溉、生態(tài)和發(fā)電的控制性水利樞紐工程。生態(tài)電站主廠房?jī)?nèi)布置2 臺(tái)27.5 MW 立軸混流式水輪發(fā)電機(jī)組，安裝場(chǎng)布置在主廠房右側(cè)端。副廠房布置在主廠房上游側(cè)。主變壓器布置于主廠房上游墻外側(cè)，主變場(chǎng)與發(fā)電機(jī)層同標(biāo)高。

雷暴作為聯(lián)合國(guó)“國(guó)際減災(zāi)十年”公布的最嚴(yán)重的10 種自然災(zāi)害之一，是積雨云引起的強(qiáng)烈的雷電天氣現(xiàn)象，常常伴有強(qiáng)烈雷電活動(dòng)和陣性降水的“局地風(fēng)暴”或“對(duì)流性風(fēng)暴”。西北地區(qū)（35°N以北且105°E 以西的部分）下墊面多為沙漠和戈壁等干旱地表，年平均雷暴日多不足15 d，發(fā)生頻數(shù)相對(duì)較低[9]。其中喀什地區(qū)的雷暴天氣主要出現(xiàn)在4～10 月，其中6 月、7 月是雷暴天氣的高峰時(shí)段，喀什地區(qū)的雷電災(zāi)害也是層出不窮，在過(guò)去的百年間，給當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)生活造成了巨大的影響[10]。主副廠房屋頂設(shè)置避雷帶，用于廠房建筑物的防直擊雷保護(hù)。220 kV 全線架設(shè)避雷線，轉(zhuǎn)角塔頂設(shè)置避雷針，用于本工廠出線側(cè)的防雷保護(hù)。

2.2 避雷線及避雷針的設(shè)置

最初本工程出線采用門型架，通過(guò)在生態(tài)電站后邊坡的固定掛鉤，將220 kV 線路送出。

但由于生態(tài)電站后邊坡位于洪積扇上，地形略起伏，自然坡度5°～15°。表部覆蓋洪積含土碎塊石、碎石土，厚度一般7～13 m；下伏基巖為石炭系灰?guī)r、砂巖、頁(yè)巖互層，強(qiáng)風(fēng)化層厚3～5 m。雖然施工過(guò)程中清除了表部覆蓋層，基巖坡岸1∶0.5 開(kāi)挖，整個(gè)邊坡采用掛網(wǎng)加系統(tǒng)錨桿支護(hù)，對(duì)不穩(wěn)定巖體采用錨索及混凝土貼坡方式進(jìn)行支護(hù)。但考慮到生態(tài)電站邊坡的穩(wěn)定性較差，生態(tài)電站邊坡的掛鉤取消，出線門型架調(diào)整為轉(zhuǎn)角塔，如圖1。本工程歷年雷暴日數(shù)平均為9 d，最多為17 d，最少為4 d，多發(fā)生在5～9 月間，為保證工程穩(wěn)定可靠運(yùn)行，現(xiàn)對(duì)避雷針與避雷線設(shè)置進(jìn)行闡述，對(duì)其保護(hù)范圍進(jìn)行探討。

圖1 戶外出線場(chǎng)平面布置圖

2.2.1 避雷線

（1）避雷線在主廠房及轉(zhuǎn)角塔懸掛高程不同，故保護(hù)范圍也不同

根據(jù)GB/T 50064-2014《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》20 頁(yè)式5.2.4-1、5.2.4-2、5.2.5-1～3 可知：

當(dāng)hx≥0.5h時(shí)，保護(hù)半徑應(yīng)按下式確定：

rx=0.47（h-hx）P

當(dāng)hx＜0.5 h 時(shí)，保護(hù)半徑應(yīng)按下式確定：

rx=（h-1.5hx）P

rx—避雷針或避雷線在hx水平面上的保護(hù)范圍（m)；

時(shí)至今日，大多數(shù)醫(yī)院的負(fù)責(zé)人以及財(cái)務(wù)人員并未從根本上意識(shí)到預(yù)算管理與成本控制的重要性，從而導(dǎo)致其在開(kāi)展工作的過(guò)程中缺乏全局意識(shí)以及統(tǒng)籌意識(shí)。部分醫(yī)院雖然認(rèn)為預(yù)算具有必要性，但對(duì)該內(nèi)容的執(zhí)行缺乏必要的約束與監(jiān)督，導(dǎo)致財(cái)務(wù)預(yù)算管理完全流于形式，資金容易出現(xiàn)浪費(fèi)或利用不足等情況。除此之外，某些工作人員還有可能利用相關(guān)的漏洞挪用資金或侵占公共財(cái)產(chǎn)，最終對(duì)醫(yī)院的效益和績(jī)效產(chǎn)生消極影響，阻礙了醫(yī)院的發(fā)展。在當(dāng)前的時(shí)代背景下，醫(yī)院的發(fā)展開(kāi)始呈現(xiàn)出艱難之勢(shì)，有關(guān)負(fù)責(zé)人與工作人員必須要對(duì)其引起重視，積極做好預(yù)算管理與成本控制工作。

hx—被保護(hù)物的高度（m )。

兩避雷線間各橫截面的保護(hù)范圍應(yīng)由通過(guò)兩避雷線及保護(hù)范圍邊緣最低點(diǎn)O 的圓弧確定。O點(diǎn)的高度應(yīng)按下式計(jì)算：

hO=h-D/(4P)

hO—兩避雷線間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)的高度（m)；

D—兩避雷線間的距離(m)。

1）Ⅰ-Ⅰ剖面

避雷線高程為1 687.50 m，地面高程為1 669.60 m，避雷線間距為11 m，避雷線高度為17.9 m，通過(guò)計(jì)算，避雷線保護(hù)范圍（Ⅰ-Ⅰ剖面）主要點(diǎn)位見(jiàn)表1。

表1 Ⅰ-Ⅰ剖面避雷線保護(hù)范圍主要點(diǎn)位

2）Ⅱ-Ⅱ剖面

避雷線高程為1 688.60 m，地面高程為1 669.60 m，避雷線間距為7 m，避雷線高度為19 m，通過(guò)計(jì)算，避雷線保護(hù)范圍（Ⅱ-Ⅱ剖面）主要點(diǎn)位見(jiàn)表2。

表2 Ⅱ-Ⅱ剖面避雷線保護(hù)范圍主要點(diǎn)位

3）Ⅲ-Ⅲ剖面

避雷線高程為1 695.10 m，下方導(dǎo)線最高點(diǎn)為1 690.60 m，地面高程為1 669.60 m，避雷線間距為4 m，避雷線高度為25.5 m，導(dǎo)線高度21 m，通過(guò)計(jì)算，避雷線保護(hù)范圍（Ⅲ-Ⅲ剖面）主要點(diǎn)位見(jiàn)表3。

表3 Ⅲ-Ⅲ剖面避雷線保護(hù)范圍主要點(diǎn)位

（2）技施及運(yùn)行階段，防雷保護(hù)需考慮到以下因素：

1）本工程實(shí)際最大風(fēng)速22 m/s，多年平均最大風(fēng)速16 m/s，因此220 kV 導(dǎo)線及避雷線在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中，存在一定的風(fēng)偏。

2）本工程在轉(zhuǎn)角塔、絕緣子、導(dǎo)線、避雷線等設(shè)備安裝過(guò)程中存在一定不可控的誤差與調(diào)整。

3）本工程副廠房上游側(cè)采用回填砂礫石，且水利工程建設(shè)中，最常見(jiàn)的狀況就是不均勻沉降問(wèn)題[6]，因此不應(yīng)忽視地質(zhì)條件引起的避雷線的變化。

4）根據(jù)研究發(fā)現(xiàn)，終端桿塔裝設(shè)避雷針比避雷線單一保護(hù)方式存在明顯優(yōu)勢(shì)[7]。

綜合上述因素，考慮到防雷措施的安裝及設(shè)置與防雷設(shè)備高度、數(shù)量、布置、相對(duì)位置及大氣地理?xiàng)l件等因素有關(guān)，這些因素多為隨機(jī)性，某些關(guān)鍵因素至今無(wú)法定量，保護(hù)范圍所用計(jì)算方法的正確性不可能嚴(yán)格證明。一般由理論分析、實(shí)驗(yàn)室模型研究、長(zhǎng)期實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明三者結(jié)合的方法才能正式推薦使用?？梢哉f(shuō)，當(dāng)今國(guó)際上所有確定避雷針保護(hù)范圍的計(jì)算公式均為經(jīng)驗(yàn)公式，且保護(hù)范圍是相對(duì)于保護(hù)物在此空間內(nèi)遭受雷擊概率的多少而言，不能將保護(hù)范圍絕對(duì)化。因此防雷保護(hù)措施在滿足規(guī)范要求的前提下，應(yīng)留有足夠裕度，雖然避雷線（OPGW）的保護(hù)范圍滿足設(shè)備保護(hù)范圍，但裕度較小，考慮到增設(shè)避雷針造價(jià)不高，因此為保證設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，在轉(zhuǎn)角塔塔頂增設(shè)1 m 避雷針。

2.2.2 避雷針

避雷針頂部高度為1 696.10 m，地面高度1 669.60 m，避雷針高26.5 m，根據(jù)GB/T 50064-2014《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》16 頁(yè)式5.2.1-1、5.2.1-2 可知：

當(dāng)hx≥0.5h時(shí)，保護(hù)半徑應(yīng)按下式確定：rx=（h-hx）P=haP

當(dāng)hx＜0.5h時(shí)，保護(hù)半徑應(yīng)按下式確定：rx=（1.5h-2hx）P

rx—避雷針或避雷線在hx水平面上的保護(hù)范圍（m)；

hx—被保護(hù)物的高度（m)；

ha—避雷針的有效髙度（m)。

通過(guò)計(jì)算，避雷針保護(hù)范圍主要點(diǎn)位見(jiàn)表4。

表4 橫剖面避雷針保護(hù)范圍主要點(diǎn)位表

3 結(jié)論

本文對(duì)阿爾塔什水利樞紐工程生態(tài)電站的防雷設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究計(jì)算，總結(jié)如下：

（1）在實(shí)際計(jì)算過(guò)程中，對(duì)于比較復(fù)雜的避雷線，尤其是高度和水平間距漸變的避雷線，不必苦苦尋找模擬方程，進(jìn)行公式計(jì)算，可通過(guò)規(guī)范比例畫(huà)圖，利用CAD 直觀標(biāo)注測(cè)量進(jìn)行計(jì)算，簡(jiǎn)單方便。

（2）防雷保護(hù)僅僅是一種概率統(tǒng)計(jì)下的數(shù)據(jù)匯總，目前國(guó)內(nèi)手冊(cè)及規(guī)范要求防雷保護(hù)的計(jì)算結(jié)果并非絕對(duì)“安全”，因此在實(shí)際設(shè)計(jì)過(guò)程中，考慮到各種誤差、氣象等外界不可控因素的存在，為保證設(shè)備可靠運(yùn)行，在成本可控范圍內(nèi)，可適當(dāng)增大保護(hù)范圍，留有一定的“防雷裕度”。

目前本工程機(jī)電設(shè)備基本已安裝完成，通過(guò)計(jì)算目前防直擊雷設(shè)備的設(shè)置滿足本工程的要求，為后續(xù)工程防直擊雷設(shè)計(jì)提供了參考。