小保当一号煤矿 110kV变电站防雷接地系统设计

小保当一号煤矿 110kV变电站防雷接地系统设计

刘伟华

中煤科工集团北京华宇工程有限公司 北京 10000

0 摘要

变电站防雷接地系统是变电站的重要组成部分，其设计的合理性直接关系到人身生命安全及变电站运行的安全稳定。

本文以小保当一号煤矿110kV变电站为例，对变电站防雷接地系统的设计进行了研究探讨。

关键词：变电站设计、电气设计、防雷、接地、

1防雷接地

1.1变电站防雷

变电站内的雷电过电压来自雷电对配电装置的直接雷击、雷电反击和架空线进线引入的雷电侵入波，采用避雷针或避雷线可对高压配电装置进行直击雷保护^[1]。这里采用避雷针对变电站进行直击雷保护^[4]，并采用避雷器对对变电站进行雷电侵入波保护。

变
电站长度48.35m宽19.5m，高24m，建筑面积较大，故设计四只避雷针进行保护。根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的规定，变电站避雷站避雷针设置采用折线法，四只及以上的避雷针形成的四角形或多角形的外侧保护范围可以按照两只等高避雷针的方式确定，见图1-1避雷针保护范围图。如相邻避雷针保护范围的一侧最小宽度b_x≥0时，则认为全部面积受到到保护^[2]。

图1-1 避雷针保护范围的确定

当h_x≥0.5h时，避雷针保护半径：

r_x=(h-h_x)p=h_aP

当h_x＜0.5h时，避雷针保护半径：

r_x=(1.5h-2h_x)p=h_aP

其中h_x为变电站高度24m，h为避雷针高度，P为高度影响系数，h_a为避雷针有效高度。当h≤30m时，P=1，当30m＜h≤120m时，P=5.5/ 。

避雷针标准高度为20m、25m、30m、35m，以5m为一个梯度递增。

①假设避雷针高度h=30m。

此时hx≥0.5h，避雷针保护半径：

rx=(30-24)×1=6m

两避雷针针之间间的保护范围应按通过两避雷针顶点及保护高度的顶点的圆弧确定。O点为保护高度的顶点。

O点高度:

ho=h-D/(7p)

其中D为两避雷针之间距离，于变电站的48.35m方向取50m，于变电站的19.5m方向取30m，均略大于变电站长宽48.35m。

在避雷针间距50m距离处，O点高度:

ho=30-50/7=22.8m

小于变电站高度24m，故30m避雷针无法保护变电站。

②增加避雷针高度至35m，P=5.5/ =0.93。两避雷针之间距离为50m、30m保持不变。

此时hx≥0.5h，避雷针保护半径：

rx=(35-24)×0.93=10.2m

在避雷针间距50m距离处，O点高度:

ho=35-50/(7×0.93)=27.3 m

在避雷针间距30m距离处，O点高度:

ho=35-30/(7×0.93)=30.3 m

均大于变电站高度24m。

相邻避雷针单侧保护范围的最小宽度bx的确定见图1-1相邻避雷针单侧保护范围的最小宽度。

图2-12 相邻避雷针单侧保护范围的最小宽度

其中hx/h=24/35=0.68，ha=h-hx=11m

在避雷针间距50m距离处：

D/(haP)=50/(11×0.93)=4.89

根据图2-15得:

bx/(hap)=0.5

故bx=5.2m。

在避雷针间距30m距离处：

D/(haP)=30/(11×0.93)=2.93

根据图2-15得:

bx/(hap)=0.75

故bx=7.67m。

故35m避雷针可以保护变电站。避雷针保护范围见图1-2。

1 -2 避雷针保护范围

变电站设四基35m高避雷针作为大气过电压的保护措施，避雷针接地电阻小于10Ω。110kV双母线及10kV单母线上均装设氧化锌避雷器，避免雷电波侵入对电气设备造成破坏。由于10kV高压开关柜内的真空断路器在分合闸操作时，可产生操作过电压，故10kV真空断路器柜采用过电压保护器以避免内部过电压对电气设备造成破坏。

1.2变电站接地

本变电站敷设以水平接地体为主边缘闭合的复合接地体，外缘各角做成圆弧形，其半径不得小于3米。接地网的水平接地体采用-50*5型扁钢为材料；垂直接地体间距为5米。变电站复合环式接地网与建筑物基础钢筋及防雷引下线可靠连接。变电站复合环式接地网的敷设应与土建基础施工同步进行,水平接地体周围应采用细土回填并压实。

接地体在以明孔的方式穿过墙壁，且通过加钢管或其它坚固的保护套。水平接地体穿越电缆沟时，埋深到电缆沟底。

所有电气装置中，由于绝缘损坏而可能带电的电气装置的金属底座和外壳及其基础槽钢，金属支架等均应进行可靠的接地。

接地引下线至少应在不同的两点与接地网连接。电气装置的每个接地部分均应以单独的接地线与接地网连接，不得在一个接地线中串接几个需要接地部分。

避雷针设有独立的接地装置，其为水平接地体与垂直接地体相配合的接地网。

将建筑物内所有钢筋焊接并与接地网相联，主控制室内及35kV配电装置室及110kV配电装置室至少引入2根接地线，与接地网连接处加装集中接地装置，并设置专供连接临时接地线使用的螺栓。

敷设完接地体的回填土内不应加有石块.建筑材料或垃圾等，且应将回填土全部夯实。

接地网接地电阻要求R≤0.5欧姆，避雷针独立接地装置接地电阻要求R＜10欧姆。鉴于无实测土壤导电率,施工完毕，应实测接地电阻值，实测中若发现接地电阻与设计要求不符，务必通知设计人员进行补充措施。

接地体室内在地板内敷设，室外埋深应大于0.8m。

在电缆夹层设等电位端子箱一个,距地0.3m挂墙明装。同时在各层卫生间做局部等电位。

地梁内的钢筋连成一圈，有引下线的地方与主接地网相连。

2 结语

本文结合小保当一号煤矿110kV变电站防雷接地系统的实际设计经验，以此展开了分析研究，可为今后类似工程提供参考。

参考文献

[1] 胡东平. 变电站防雷接地系统的设计探讨[J]. 城市建设理论研究，2011，102(4):35-37.

[2] 谢江媛. 基于模块化配置的变电站雷击在线监测方法研究[D]. 江苏大学，2019，10-11.

[3] 安雪松.呼和浩特金桥110kV变电站工程项目造价控制研究[D]. 华北电力大学（保定），2008，19-20.