山区水电厂户外升压站防雷对策.doc

山区水电厂户外升压站防雷对策（大唐华银张家界水电有限公司 湖南 张家界 427000） 摘 要：针对山区水电厂户外升压站主变雷击事故，对升压站布置、土壤电阻率等进行全面分析，对照规程规范制定整改方案进行整改，实现了安全运行。关键词：雷击事故 避雷针（线） 电阻率 升压站湖南某山区水电厂位于湖南省张家界市永定区温塘镇漆树湾村澧水干流U型峡谷中，拦河大坝采用空腹中孔重力坝，正常蓄水位250m，坝后地下厂房，装机容量3*20+1*10WW，机组出口电压10KV，升压至110KV后通过两回110KV架空线路送出，#1、#2机组与#1主变组成扩大单元接线，#3机组与#2主变组成单元接线，#4机组与#3主变组成单元接线，#1、#2升压站室内布置，#3升压站户外布置，户外升压站装设1根避雷针和1组避雷器做为防雷保护， 电厂于1997年7月投产发电。1.问题提出该水电厂室外布置的#3升压站避雷针立在主变A型门架上，110KV架空线路避雷线也连接到主变A型门架上，接地引线沿着构架与主接地网连接，实测该构架距#3主变压器外壳2.5m，据主变接地点3.2m，此处土壤电阻率2500m。根据部颁SDJ 7-1979电力设备过电压保护设计技术规程第71条“110kV及以上的配电装置，一般将避雷针装在配电装置的架构或房顶上，但在土壤电阻率大于1000m的地区，宜装设独立避雷针。否则，应通过验算，采取降低接地电阻或加强绝缘等措施。” 中国大唐集团公司防止电力生产重大事故二十五项重点要求实施导“17.11 发电厂、变电所配电装置构架上的避雷针（含悬挂避雷线的构架)的集中接地装置应与主地网连接，由接地点至变压器接地点沿接地极的长度不应小于15m，”。2003年4月1日， #3升压站主变曾因雷击发生A、B相高压线圈烧毁事故，事故后对避雷器进行了全面检查校验，实验数据都在规程规定范围内，经有关技术人员现场的勘察测试，山区水电厂的土壤电阻率为2500m，接地电阻的现状：1.34，设计要求接地电阻值R0.75，为此2005年对其接地网进行了改造,改造后的接地电阻为0.69，运行6年，2011年11月湖南省湘电试验研究院对其山区水电厂实测工频接地电阻为1.097。2.原因分析为了防止雷击于发电厂、变电所通常用避雷针来防止直击雷，避雷针的保护原理是在雷电先导阶段，避雷针顶部聚集电荷，在发展先导和避雷针顶端之间的通道建立了很大的电场强度，避雷针迎面先导的产生和发展大大加强了该通道中的电场，最后击中避雷针，避雷针电位与雷电流I、接地冲击电阻Rc及避雷针高度hd有关，避雷针电位uk升高避雷针接地装置电位ud升高，土壤电阻率为2500m避雷针冲击接地电阻Rc约为工频电阻3倍，通过估算主变A型门架接地引下线电压可达600KV， 而110KV主变最高耐压200KV, 接地引线距主变设备接地线只有3.1m，故造成距避雷针接地引线较近的A、B线圈被避雷针（避雷线）反击电压烧毁。在110KV及以上配电装置构架避雷针，在土壤电阻率不高的地区不易发生反击，但在土壤电阻率大于1000m地区易发生反击事故，山区#3升压站土壤电阻率为高达2500m，主变A型门架上不适合装避雷针（线）。3.技术方案方案I：参照GB50169-2006电气装置安装工程接地装置施工及验收规范3.2.10说明：“在高土壤电阻率地区，接地装置的接地电阻很难达到要求时，采用外扩接地网、敷设水下接地网、或电解离子接地极等措施来降低接地电阻”。为使水电站接地装置的接地电阻长期处于一种稳定、低阻的良好状态，结合本水电站的土壤、环境等情况，采用新增敷设水下接地网、人工开挖地沟敷设接地体的方式使本站的整个接地网满足设计要求，该方案最低造价70万元，实践证明该降阻措施只能暂时满足工频接地电阻设计规范要求，对防雷接地有所改善，但不能满足和代替防雷接地要求，防雷接地雷电冲击电流流过接地装置时，是接地装置对地电位峰值与通过接地体流入地中电流的峰值(冲击电流峰值)的比值，降低工频接地电阻不能完全消除雷击事故安全隐患，只有对其避雷针、避雷线进行改造，才能彻底根治。方案II：拆除线路终端塔至主变A型龙门架进户线避雷线和主变A龙门架上避雷针，异地新建避雷针防止#3升压站电气设备和架空进户线的直击雷，避雷针接地引下线与主接地网连接处距主设备接地距离大于15m，该方案不仅满足设计规范和反措要求，而且永久解决#3升压站防止雷击反击电压损坏设备问题，该方案造价较低，维护方便，由于变电站狭窄，所立避雷针在陡峭山坡，施工时还要防止施工废料滚落伤人和损坏电气设备，施工较困难。方案III：拆除线路终端塔至主变A型龙门架进户线避雷线和主变A龙门架上避雷针，在升压站上空架设避雷线，避雷线接地引下线与主接地网连接距主设备接地距离大于15m，该方案不仅满足设计规范和反措要求，也能永久解决#3升压站防止雷击损坏设备问题，由于峭壁上不易施工，架设避雷线较长，造价较高，施工维护困难。经过经济技术比较最终选择方案II。4.方案实施现场踏勘分析研究决定，避雷针安装在#3主变升电站东南的山坡侧山坡上小枞树处（高程277.74m）安装避雷针，考虑右岸多岩石的地理环境，避雷针塔接地引下线在#4机进水口与大坝之间与水库接地网焊接。拆除现主变A字型门架上的避雷针以及接地引下线，拆除#3升压站A字型门架至线路终端塔的两条避雷线。根据#3升压站平面布置图测量，避雷针被保护设备的保护半径，避雷针与主变A型龙门架最远端22m，距110kV线路终端塔27m，距电气设备、构架最近距离17m。避雷针塔高度计算避雷针塔安装基础高度h=277.74-253.88=23.86 m被保护物高度=267.99-253.88=14.11 m （1.5h-2）P当h30时，P=22=（1.5h-214.11）h=34.48（米）避雷针塔实际高度=34.48-23.86=10.62 m110kV出线终端塔及进户线避雷针塔安装基础高度h=277.74-253.88=23.86 m被保护终端塔高度=265.26-253.88=11.38 m被保护进户高度=267.99-253.88=14.11 m最终按最远距离27米 最高高度14.11 m（1.5h-2）P当h30时，P=27=（1.5h-214.11）h=39.33 m避雷针塔实际高度=39.33-23.86=15.47 m考虑测量及计算误差，依据全国通用电气装置标准图集D565（一) 独立避雷针，避雷针塔高度选定为20米镀锌钢构件的标准设计。基础开挖基础浇筑引下线敷设避雷针塔安装拆除旧避雷针及避雷线施工场地清理竣工验收。基础开挖深度不够用锚杆打入基岩再浇筑混凝土，避雷针接地引下线采用双根-50*5镀锌扁钢与主接地网连接。从问题提出、技术方案编制和组织实施等，工程费用6.8万元，施工工期1个月，于2012年6月安全竣工。5.实施效果避雷针异地新建独立避雷针（线）花钱少效果好，避开了雷电流引入变电站对电气设备产生反击过电压，彻底消除了#3升压站雷击事故安全隐患。投运以来，经受了多个雷雨日考验，没有引起防雷保护装置误动作和发生设备雷击事故。进一步验证了规程规范正确性，增强执行规程规范和管理标准的意识。为解决土壤电阻率高山区水电厂、变电站的防雷问题提供参考。