西区电排站防雷设计曹洋

西区电排站防雷设计曹洋

曹洋

肇庆市水利水电勘测设计院有限公司广东肇庆526000

摘要：雷电是造成电排站过电压的最主要因素。随着自动化技术的发展，计算机监控机通信等弱电技术在电排站已经得到广泛应用。这些设备的过电压承受能力很低，因此电排站设计对防雷的要求也越来越高。本文综述了电排站防雷设计的要点及在设计中的优化措施，使电排站防雷设计更加经济合理。

关键词：防雷；过电压；接地；设计

1概述

在工程设计中，防雷设计是非常重要的。安全可靠、技术先进、经济合理的防雷设计可以防止或减少雷击建筑物所发生的人身伤亡和财产损失，以及雷击电磁脉冲引发的电气和电子系统损坏或错误运行。防雷分为外部防雷、内部防雷和防雷击电磁脉冲。外部防雷就是防直击雷，内部防雷包括防闪电感应、防反击以及防闪电电涌侵入，防雷击电磁脉冲是指建筑物内系统防雷电流引发的电磁效应。

西区电排站重建工程设计排涝流量为38m3/s，装设4台1400kW和1台900kW立式混流机组，总装机容量6500kW，属于中型泵站，泵站等别为Ⅲ等，其主要建筑物为3级，建有主厂房、副厂房、管理房、启闭机室等建筑物，其中主厂房内布置有10kV高压电动机、机组控制屏、低压配电箱等；副厂房内布置有高压开关柜、软启动柜、电容补偿柜、站用配电变压器、低压配电屏等设备；此外电排站配置了计算机监控保护系统、视频监控系统等重要系统。雷电对西区电排站的危害主要是两种：一是直击雷；二是雷电波沿线路侵入的过程中所产生的过电压对电气设备的危害。

2建筑物防雷分类的确定

根据《建筑物防雷设计规范》（GB50057-2010），西区电排站主要建筑物年预计雷击次数计算如下：

N=k•Ng•Ae

其中N—建筑物年预计雷击次数

k—校正系数

Ng—建筑物所处地区雷击大地的年平均密度（次/k㎡/a)

Ng=0.1•Td（Td—年平均雷暴日，d/a）

Ae—与建筑物截收相同雷击次数的等效面积（k㎡）

（L、W、H—分别为

建筑物的长、宽、高，单位m）

计算结果

如下表

经计算，西区电排站主要建筑物年预计雷击次数为0.234次，根据电排站的重要性程度、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，西区电排站建筑物划分为第三类防雷建筑物。

3电排站直击雷的防护措施

根据西区电排站的布置特点，高低压开关柜、站用变压器、自动化设备等都布置在主、副厂房内，因而其遭受直击雷的概率很小。西区电排站用电负荷属于一级负荷，由2回10kV架空线路接入电力系统。因此直击雷的保护对象为泵站建筑物和泵站配电电源进线。

对于西区泵站的建筑物防直击雷保护，采取屋顶设置避雷带的方式保护。西区泵站建筑物按三类防雷考虑。采用∅16镀锌圆钢作为避雷带，利用结构柱内2根不小于∅16的主钢筋作为防雷引下线。引下线向下连接接地装置。根据现场实际情况，整个工程采用4x40镀锌扁钢或利用水工建筑物基础钢筋网中的φ16以上钢筋焊接成约5mx5m的网格，并与闸门门槽、拦污栅等金属结构自然接地体焊接，在基础接地网多处增设长度为3米的等边角钢50x6作为人工接地极。由于西区电排站工作接地、保护接地、防雷接地、计算机接地共用一个总的接地网，且电排站建立了计算机监控系统，因此要求系统接地装置的接地电阻不大于1Ω。

西区电排站的电源进线由2回10kV架空线路引自110kV西区变电站的10kV侧，单回线路长度约3.5km。对于35KV及以下线路，一般可不沿全线架设避雷线。对于架空线路进线的防直击雷保护设计主要包括以下几个方面：

（1）电力电缆雷电过电压保护。西区电排站与架空线路终端杆相连接的高压电力电缆长度为150米，根据设计规范，本工程在电缆两端装设氧化锌避雷器HY5WX-17/50。其中，线路侧的避雷器安装在线路终端杆柱上断路器、隔离开关的电源侧，站内侧的避雷器安装在进线10kV开关柜内。

（2）柱上开关设备的雷电过电压保护。该处遭受雷击概率大，本工程在柱上断路器、隔离开关的电源侧装设避雷器HY5WX-17/50保护，且柱上设备的外壳可靠接地，设计要求杆塔接地电阻不大于10Ω。

4电排站雷电侵入波的防护措施

雷电侵入波危害较大，而防护措施较直击雷更为复杂。雷电侵入波可以引起其他各种过电压冲击波如雷电电磁感应和雷电侵入波反击等。对雷电侵入波的防护一般采用装设避雷器的方式。

西区电排站在电源进线上装设氧化锌避雷器。由于架空线路在电排站附近经150米埋地敷设电缆接入电排站10kV配电装置，避雷器装设在电缆接入的10kV进线柜内，且电缆金属外皮与开关柜的接地装置相连接。开关柜内避雷器有专用接地端子排接入泵站的主接地网，且高压开关柜室处架设集中接地装置，如垂直接地体，以便加快雷电泄流。

对低压侧的雷电侵入波防护主要采用电涌保护器（SPD）。在变压器低压侧与进线断路器柜断路器之间的电源线上装设一级保护器，并联接地，主要作用是防止反变换波和低压侧雷电侵入波击穿高压侧绝缘；根据《西区电排站计算机监控系统技术要求》，在所有的PLC、UPS或其他自控设备电源线上装设二级电源避雷器，防止感应雷击从设备供电电源线路的侵入；网络交换机安装一套100KA的二级电源避雷器2只；在现场仪器、仪表电源入线处以及其它重要设备所用的配电箱处安装电源二级防雷器（单相并联2只)；所有户外信号设置信号避雷器，保护PLC和网络设备。利用本工程的地网，把所有正常不带电的金属设备统一接地，消除地电位差，防护雷电反击，防止损坏设备。

5电排站高压电动机的防雷措施

高压电动机是电排站内的重要动力设备。根据电气主接线特点，西区电排站内高压电动机属于直配电机。主要的防雷措施如下：

（1）在每段10kV母线上装设一组氧化锌避雷器HY5WS-17/50作为雷电侵入波过电压及感应过电压的保护，可以限制进入电机绕组的雷电侵入波幅值；

（2）每组母线避雷器均并联一组电容器BWF-10.5，用来限制雷电侵入波的陡度，保护电机的匝间绝缘和中性点绝缘。本工程电容值采用0.5uF；

（3）各高压电动机真空断路器开关柜中均装设一组金属氧化锌避雷器HY5WS-17/50，以限制操作过电压倍数，保护电气设备的安全；

（4）由于西区高压电动机中性点引出且不直接接地，电动机中性点加装电动机中性点专用过电压保护器YH1.5WD-8/19。

6结语

电排站的防雷设计是保护电排站内重要设备安全的重要环节。本文着重叙述了电排站的直击雷防护和雷电侵入波防护设计。电排站自动化系统及配电系统的雷电防护设计需互相配合，在设计过程中应统筹兼顾地进行全方位的防雷防过电压保护设计，以达到技术、经济合理的水平。

参考文献：

[1]工业与民用配电设计手册（第三版）[M].北京：中国电力出版社，2005

[2]GB/T50064-2014.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].中华人民共和国住房和城乡建设部，2014

[3]GB50057-2010.建筑物防雷设计规范[S].中华人民共和国住房和城乡建设部，2010