摘要：变电所的作用是改变电压，在电力系统中起着很重要的作用，不幸遭遇雷击，极有可能对电器设备造成严重的损坏，以至于正常的运行受到影响而导致大面积的停电，现在的变电所都有较为完善的防雷接地保护措施，变电所的设备遭雷击损坏的概率较小，变电所的防雷措施得以进一步完善，基本能够确保煤矿供电系统的正常运行。文章对煤矿变电所的防雷措施的简单论述，以期为实际运用防雷接地技术有所帮助。
关键词：煤矿；变电所；防雷措施
前言
煤矿变电所正常运行时，施加在各种电器设备上的电压，即其安全运行电压。当煤矿变电所遭受雷击时，雷电放电产生的大气过电压，可能会使变电所内变压器及其它电器设备上的电压值，大大超过其耐受电压值，使得绝缘被击穿。当主变压器损坏时，矿区发生大面积停电，影响煤矿正常生产和居民日常用电，带来很大的经济损失。因此煤矿变电所防雷措施一定要做到安全可靠，只有掌握它的活动规律才能针对雷电放电产生的大气过电压采取合理的防护措施。
1 煤矿变电所防雷的意义
变电所的防雷和接地问题既非常的复杂又至关重要不可或缺，它的好与坏直接对电气系统的设备和人身的安全造成严重的后果。特别是如今随着电力系统的日益发展，电网规模的逐渐扩大，接地短路电流被要求的越来越大。各式各样的微机监控设备的不断普及和应用，同样对防雷接地的要求逐渐增高。以前由于接地装置的一些问题从而引发了主设备的损坏，变电站一旦停止运行带来了巨大的损失和严重的问题，给电网的稳定运行造成了很大的麻烦，因此，煤矿变电所的防雷接地措施必须要高度的重视起来。变电所的接地系统是保护电力系统的正常运行，保障设备及人身安全的措施之一。电力系统的安全运行有两方面的要求，一是要保证设备及人身的安全，二是要保证电力系统的正常运行。这些都与接地装置的设计是分不开的。在以往电力的规程中，在跨步电压满足的前提下，发电厂、变电站的接地电阻应小于0.5 欧姆的标准。然而在新的电力规程《交流电气装置的接地》中，对接地电阻有了更高的要求；另一方面，在电力系统的规模逐渐扩大的同时，而短路电流却随之增加，这也对接地设计的难度大大加高了。在高土壤电阻率区，这一问题尤为突出，因此对降低接地的电阻必须采用各种措施。
2雷云的形成和雷电发展
雷电是大气中自然放电现象，一般叫闪电，它的形状分为线状、带状、片状和球状。按空间位置可分为雷云之间和雷云对大地之间两类，前者发生在高空，对人类危害较小，后者为发生在雷云对大地间的落地雷，尤其是负极性落地雷，对人体和设备危害最大，是造成煤矿变电所雷击事故的主要来源。雷电与雷云的存在分不开，在天气闷热时，热空气上升到高空遇到冷空气，水蒸汽结成水滴，在重力作用下向下运动，与继续上升的热空气发生碰撞出现水滴分离形成微细水滴，这些水滴随风吹聚形成带负电的雷云，雷云是产生雷电放电的前提。负极性的落地雷的发展可分为以下三个阶段。
2.1先导放电
当天空中有带负电电荷的雷云时，由于感应作用，地面和地面物体都带上正电荷，雷云中某处电荷较多就使该处附近电场强度增大，增大到一定值时，就使空气绝缘被破坏，开始出现游离，形成先导放电通路，方向从雷云向大地逐级发展（放电速度约数10 km/s），向下发展到一定高度时，地面物体可能产生向上的先导，它影响下行先导的发展方向和雷击点的方位。
2.2主放电
下行先导的极高电位和上行先导的感应电荷与大地距离较小，在电场强度足够大时，就使剩余的空气隙被击穿，游离出来的电子很快流入大地，大量地面电荷迅速冲向雷云，就会产生很强的光亮和巨大的雷声。主放电电流极大，大多数雷电流瞬间幅值约数10 kA，少数可达数百千安。剧变的雷电流产生过渡过程，形成雷电冲击波，使雷击点周围的磁场出现很大的变化。虽然主放电时间只有几十微秒，但破坏作用极大，造成人畜伤亡、建筑物和设备损坏及引起火灾。
2.3余辉放电
主放电后，雷云中的剩余电荷按通路持续流入大地，形成余辉放电，放电电流随时间的延长而快速减小，只需几毫秒放电就结束了。在存在多个雷云中心时，还会出现重复放电，只是放电电流小多了。
3雷电活动规律和雷电流幅值概率
人们在长期实践中总结出雷电活动的规律。按地理环境的分布规律是：山区和热而潮湿的地区雷暴高于平原和冷而干燥的地区，内陆多于沿海。按地质条件易遭雷击的地点为：土壤电阻小，地表土壤中粘土电导率高；地下埋有金属矿床等；高耸突出或孤立的建筑物；高压输电线路转角等。雷电活动时间大多在白天下午1 至9 时，雷暴的高峰月为七八月。
4变电所雷击类型及防雷的首要任务
煤矿变电所遭受雷击事故的类型分为三类：一是输电线路受雷击时沿线路向变电所入侵的雷电波；二是雷击输电线路附近地面的感应雷；三是雷直击变电所内线路和设备的直击雷。雷电波与感应雷的陡度大、幅值高，危害严重，不采用防雷措施就使变电所的电器设备绝缘击穿。据统计，我国110 ～ 220 kV 的变电所因雷电波引起的事故率约0 .5 次/百所.年，直配电机的损坏率约1 .25 次/百所.年。变电所防范雷电波和感应雷是防雷的首要任务，对直击雷要采取合理的防雷措施，对高压输电线路要用耐雷水平和雷击跳闸率来衡量防雷性能优劣，确保煤矿变电所安全正常运行。
5煤矿变电所防雷措施
5.1煤矿变电所内的变压器设备的防雷措施
对变电所变压器内的低压线圈进行避雷保护是非常重要的，根据不同强度的雷电保护下各电器的运行参数，当变压器遭受雷击时，尽管当时的雷电电流很小，它对低压线圈产生的电位依然很高，这样就有可能导致对变压器内的低压线圈造成很大的破坏，就给煤矿企业的正常生产运营带来了很大的隐患，因此在设计规定中要求变电所中的重要设备要配备避雷针，保证这些设备能够安全运转。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆但是在现实中，大多数煤矿变电所，只是在变压器内部的低压侧安装了相应的避雷器，并且大多数避雷器都是选择的FS避雷装置，该装置确实能够对变压器内的雷击电流产生相应的防护作用，但是在绝大多数情况下只是简单的在变压器低侧安装相应的避雷器并不能很好的起到防雷保护作用，由于变压器逆变换产生的过电压远远超过了变压器所能承受的雷电冲击电压，这样使变压器处在一个风险极大的环境之中。所以我们要在变压器的高低压两侧都安装与设计相符的避雷器，这样才能使变压器的防雷效果得到更大的提升，防雷效果提高了，煤矿运行就能够安全运转，从而提高整个煤矿的运行效率。
另外，根据变压器防雷的相关原理，对避雷器的安装位置进行相关的调整，进而达到更好的避雷效果，具体如下：在熔断器的内侧安装高压侧的避雷器，而低压侧的避雷装置安装在配变低压杆的一头，这样电阻就会相应减少，在此基础上接地避雷器的引下线长度也会缩短。另外为了使避雷效果更好，可以将变压器内的高压线圈的中性点直接与避雷器相连接，上述的这些增强避雷效果的方法都是多年积累的防雷避雷经验，具有操作简单、防雷效果好等优点。
5.2煤矿变电所配电线路的防雷措施
煤矿变电站配电线路位于杆上的油开关与刀闸等断路器由于具有较低的绝缘水平、相隔间距较小，在受到雷击影响后较易引发相间短路现象并造成大面积停电现象，因此为避免该类不良影响我们应位于断路器的两侧各安装一个避雷器，同时金属断路器外壳应共同与避雷装置接地线接地。同理，由于煤矿变电站配电线路的绝缘水平有限，因而较易在受电之后引发断线或绝缘子击穿不良现象，为有效强化绝缘效果、提升爬距、我们应使用瓷横担，倘若我们采用铁横担则需选择较高性能的绝缘子以提升防雷击效果。另外我们可合理选择适中强度的导线，有效杜绝配电线路受雷击产生断线现象。对于末端低压接户线的绝缘子脚我们应对其作接地处理，并控制接地电阻在30 Ω 以下。对相连于架空的配电线路且长度高出50 m 的变电站电缆，我们应装设避雷装置于电缆线两端进而形成良好的预防保护。依据相关煤矿操作安全规程，对于矿井下与矿井上我们均需要配设防雷电击装置，从矿井地面的架空线将供电线路引入井下时以及电机车的架线我们均需要位于入井位置配设避雷防护装置，安装匹配电压等级的避雷器。同理，通信线路也需要位于入井位置装配防雷电与熔断器装置。
而对于从地面直接进入矿井的相关轨道以及引出、引入的露天架空管路，则需要在矿井入口周围至少布设两处集中接地进而有效预防雷电流不良侵入井下，造成煤矿生产的中断并引发不良安全事故。
5.3煤矿变电所预防雷电感应影响的措施
位于煤矿地面装设有效的防雷装置与避雷器构成完善的防护直击雷系统具有良好的保护效果，然而该防雷系统引发的电磁脉冲、雷电放电以及雷电过压现象则会令变电站室内控制室中的各类弱电设备遭到严重的电磁影响干扰，并对系统的持续正常运行产生不良影响。具体的影响包括雷电流在通过集中接地装置流经煤矿内部接地网并泄入大地阶段，会位于地网中引发一定程度的冲击电位，倘若电流较大则会令局部产生严重的放电现象，对电气绝缘设备产生不良破坏，令其工作性能受到较大程度影响。而当雷电流流经接地避雷针引下线泄入大地时，则会在空间周围形成大范围的暂态磁场，进而在各类保护电缆、通讯电缆、电线、控制电缆甚至户内的弱电设备相应部件之中形成暂态电压，对电器的健康运行与正常应用产生了不良影响。
为有效预防该类不良影响我们可采用微机电源保护防雷措施、微机屏蔽预防干扰措施等。微机电源保护防雷措施主要采用一种以逆变器构成组成结构的不间断、持续服务恒频、恒压UPS 电源，利用其储能特征给煤矿企业变电站计算机网络系统、计算机设备与他类电子电力、电气设备供给必要的不间断、持续电力电能。例如我们可采用由艾默生能源公司研发的itrust 种类交流UPS 电源，应用国际上较为先进的在线双变换技术实施全数字化的综合管理控制，进而向电力负荷供给高质量、高水平的正弦工频电源，令其发挥有效的防护雷电功能，杜绝由雷电入侵导致的断电、断网、终止生产运营不良现象，提升煤矿企业综合生产效益。变电站或变电站室内安全监控管理室、电脑室、计算机控制室等重要的电气设备由于受到静电感应、电磁感应与地电位差的不良影响会位于被测信号之上形成叠加串模干扰影响，而位于任意信号线的输入端以及接地之间则会形成共模叠加干扰。为有效预防该类不良影响我们应采用接地多分支引下线方式，合理降低流经接地引下线的总量雷电流，令整体屏蔽电缆以分屏的方式发挥屏蔽功能。该类策略可称之为微机屏蔽防干扰措施，我们可采用多股截面积在2.5 mm2 之上的铜芯软线用于接地线，同时令其与接地汇流母排电分别连接。再者我们应选择截面积高于95 mm2 的屏蔽单芯电缆令其连接于室外接地体之中，为全面改善屏蔽效果，我们则可选用具有高度屏蔽效能的特殊双层材料提升防护雷击效果。
另外为全面提升避雷效果，我们应严格要求采用独立的避雷器、避雷针，同时应单独设置避雷线于接地装置之中。对于煤矿变电站建筑物布设的避雷网，其引下线应同环状建筑物基础钢筋以及主接地体进行牢固焊接，一般我们适宜选用防腐铜覆钢接地体，同时还应令引下线连接于人工室外的接地体中，进而构创建等电位良性效应。为确保煤矿变电站防雷装置的可靠安全，其引下线的布设不应低于两处，位于土壤电阻系数较高的区域，我们则应布设多根引下线进而有效控制接地电阻被不良冲击现象，同时引下线的布设应确保机械连接的可靠牢固，具有良好的电气接触性能。在防雷接地环节我们应控制接地电阻值低于4Ω，而位于地面变电站、计算机控制室中的防雷接地系统电阻值则应在1Ω之下。另外对于弱电敏感电气设备我们还可利用他类有效措施全面保护，进而令雷击雷电灾害引发的损失控制在最低水平。
结束语
总之，雷电活动是一个复杂的自然现象，除了正确应用先进的防雷技术外，还需要煤矿电力系统内各个部门的通力合作，每年在雷雨季节到来之前，必须严格按照《电力运行规程》、《煤矿电气试验规程》规定，认真做好矿区防雷设施、电气设备及供电线路的预防性检查和试验工作，使输电线路及电气设备免受雷击，或击而不闪，闪而不弧，才能尽量减少雷害的发生，将雷害带来的损失降低到最低限度，确保电气设备及供电网路的安全运行。
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论文作者:沙红波
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
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