白莲崖水电站的防雷接地系统施工

黄宝水

摘要：白莲崖水库是安徽省“861计划”重点工程之一。作为同期建设的白莲崖水电站，厂房及开关站依山而建，这为电站接地网的设计及施工带来了一定的特殊要求。文章针对白莲崖水电站施工防雷接地系统特点和要求，分析了山区水电站防雷接地系统特殊性,结合国家和行业标准、规范，对防雷接地网的技术要求和规范要求进行了论述，并进一步研究了山区水电站接地网在敷设、使用、维护等方面的应用。

关键词：水电站；接地电阻；防雷

中图分类号：TM862文献标识码：A文章编号：1006-8937（2011）22-0112-02

水电站由于自然条件复杂，设备与线路联系紧密，一旦发生雷击事故，就会波及全站乃至全网。

白莲崖水库位于安徽省六安市霍山县境内，坝址地处淮河南岸主要支流淠河的主源漫水河上，水库流域面积745 km2，是治理淮河19项重点工程之一，属于安徽省全面建设小康社会的“861计划”项目。建有引水式地面发电厂房一座，装机容量为2×25 MW，220 kV升压开关站一座。水库于2009年5月建成蓄水，同年10月白莲崖水电站建成投入发电运行。

白莲崖水电站位于河峡山谷高电阻率地区。两岸边坡陡峭，岩石裸露，覆盖层甚浅，接地网可利用土地面积狭小。电厂接地网主要由自然接地体（水工设施及生产厂房内的结构钢筋、输水钢管等）和敷设的人工接地体构成两部分构成。

1防雷接地施工

1.1采取的主要避雷设施

针对电气设备在运行中有可能承受雷击过电压的三个分类，即直击雷过电压、感应雷过电压和侵入雷电波过电压三种雷击过电压，避雷设备设施主要有应用于变压器、电机、母线、线路的避雷器、线路的避雷线、建筑设施的避雷带、避雷网，还有避雷针。其中避雷针、避雷线、避雷器是最常规应用最广的防雷设备。

避雷针是水电站中用来保护电气设备和建筑物避免遭受直接雷击的主要防雷装置，避雷针的接闪器(针尖)一般用直径10～20 nll／l、长1～2 m的钢棒制成。引下线一般使用截面不小于25 mm2的圆钢、扁钢或镀锌钢绞线。

避雷线在水电站中，避雷线主要用来保护主变压器高压引出线（当主变压器与户外高压配电装置相距较远时）和架空输电线，避免遭受雷的直击。接闪器为悬挂在带电导线上方的接地导线（架空地线），一般采用截面不小于35 mm2的镀锌钢绞线。接地引下线则采用截面不小于25 mm2的镀锌钢绞线。

避雷器的作用是通过并联放电间隙或非线性电阻，对入侵流动电波进行削幅，降低被保护的设备所承受的过电压值。避雷器既可用来防护大气过电压，也可用来防护操作过电压。

1.2水电站电气装置接地的一般规定

系统工作接地的主要作用为：作为大气或操作过电压提供对地泄放的回路，避免电气设备绝缘被击穿；提供接地故障回路，当发生接地故障时，产生较大的接地故障电流，迅速切断故障回路；中性点不接地系统，当发生接地故障时，能短时保证供电连续性。

保护接地的主要作用：降低预期接触电压；提供工频或高频泄漏回路；为过电压保护装置提供安装回路。

接地配置的设施的选择和安装应满足：接地电阻值符合电气装置的功能和保护要求，并预计长期有效；能承受接地故障电流和对地泄漏电流而无危险，特别是热的、热－机械应力、电机械应力引起的危害；有足够的强度或有附加的机械保护，以适应所在场所的外部的影响；应采取措施，防止由于电腐蚀作用对接地配置的设施和其它金属部分造成危害。

与主接地网不同，防雷接地系统的组成包括一个雷电接受装置，共有以下三个部分组成：一是雷电接受装置：直接或间接接受雷电的金属杆（接闪器），如避雷针、避雷带（网）、架空地线及避雷器等；二是接地线（引下线）：雷电接受装置与接地装置连接用的金属导体，它的作用是把雷电接受装置上的雷电流传递到接地装置上；三是接地体：包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，作用是把雷击电流有效地泄入大地。

1.3接地装置的组成

接地装置由接地体和接地线组成。接地体又称接地极，是埋入土壤中的一个或一组相互连接、并与大地直接接触的金属导体。垂直接地体一般用长2.5 ~3 m、直径35 mm的镀锌钢管或长2.5~3 m的35 mm×35 mm×5 mm（最小为25 mm×25 mm×3 mm）的镀锌角钢垂直打入土壤中。接地线分为接地引下线和接地网联络线，二者都采用镀锌扁铁或防腐铜导体。接地引下线一般采用圆钢、扁钢或镀锌钢绞线。接地线间以及接地线和接地体间的连接应采用焊接，对于有强烈腐蚀性的土壤，接地体和接地线的厚度及截面应适当加大，或采取镀锌、镀锡等防腐措施。

自然接地体由构筑需要而埋设在水中或地中的各种金属部件，如水电站水下混凝土中埋设的钢管（压力钢管、蜗壳、尾水管等），厂房水下部分的钢筋网、拦污栅、闸门槽等。

人工接地体专门为接地需要而在地中埋设的接地体，有水平和垂直两种敷设方式。一般情况下，应该首先利用自然接地体，在接地电阻达不到要求的数值时，可加设人工接地体，组成总接地网。主、副厂房和户外配电装置的接地网的外缘应闭合。

1.4对接地电阻的要求

当接地装置有电流通过时，加在接地装置上的电压与通过的电流之比称为接地装置的接地电阻。

对于大接地电流系统，规定在接地短路电流经接地装置流入大地时，接地网的最高电压不超过2 000 V。

所以，接地装置的接地电阻值R应符合以下要求：

当接地电流大于4 000 A时，接地装置的接地电阻R不应超过0.5 Ω；在土壤为高电阻率地区接地电阻R应小于5 Ω，但应采取规程规定的相关措施。

对于小接地短路电流系统，当接地装置高压设备和低压设备共用时，要求接地电压小于120 V，即接地电阻值为：R≤120/I（Ω），I为计算出的经接地体流入地中的短路电流，A。

当高压设备单独用接地装置时，要求接地电压小于250 V，即接地电阻值为：250/I（Ω）。

小接地电流系统高压设备的接地阻值，还不应超过10 Ω。

单独避雷针要单独敷设接地线和接地体组成的接地网，一般接地电阻值R≤10 Ω。

1.5防雷接地网的敷设

接地网可以利用下列自然接地体：埋设在地下的金属管道，但不包括有可燃或有爆炸物质的管道；金属井管；与大地有可靠连接的建筑物的金属结构；水工构筑物及其类似的构筑物的金属管、桩。

接地网的延伸和连接可利用下列结构：建筑物的金属结构（梁、柱等）及设计规定的混凝土结构内部的钢筋；生产用的起重机的轨道、配电装置的外壳、走廊、平台、电梯竖井、起重机与升降机的构架、运输皮带的钢梁、电除尘器的构架等金属结构；配线的钢管。

设计施工中充分利用引水管道、尾水管等水下管网，以及土建施工的结构配筋作为接地网敷设的一部分。采用加焊扁铁、钢筋等措施使电气上不相连接或连接不好的各部分形成统一的网络。

利用现成的金属结构，只能作为接地网的一部分，绝大多数情况下还要专门埋设接地体和接地线。

接地网的敷设采用镀锌钢材。在地下不得采用裸铝导体作为接地体或接地线。接地体顶面埋设深度应符合设计规定。当无规定时。不宜浅于0.6 m。角钢及钢管接地体应垂直配置。除接地体外，接地体引出线的垂直部分和接地装置焊接部位应作防腐处理；在作防腐处理前，表面必须除锈并去掉焊接处残留的焊药。

垂直接地体的间距不宜小于其长度的2倍。水平接地体的间距应符合设计规定。当无设计规定时不宜小于5 m。接地线应防止发生机械损伤和化学腐蚀。在与公路、铁路或管道等交叉及其他可能使接地处遭受损伤处，均应用管子或角钢等加以保护。接地线在穿过墙壁、楼板和地坪处应加装钢管或其他坚固的保护套，有化学腐蚀的部位还应采取防腐措施。接地干线应在不同的两点及以上与接地网相连。自然接地体应在不同的两点及以上与接地干线或接地网相连接。每个电气装置的接地应以单独的接地线与接地干线相连接，不得在一个接地线中串接几个需要接地的电气装置。

接地体（线）的连接应采用焊接，焊接必须牢固无虚焊。接至电气设备上的接地线，应用镀锌螺栓连接；有色金属接地线不能采用焊接时，可用螺栓连接。螺栓连接处的接触面应按规定处理。

接地体（线）的焊接应采用搭接焊，其搭接长度必须符合下列规定：扁钢为其宽度的2倍（且至少3个棱边焊接）；圆钢为其直径的6倍； 圆钢与扁钢连接时，其长度为圆钢直径的6倍。

为保证接地电流很好地散流,也就是保证接地电阻值足够小，还应注意接地网敷设完后的土沟其回填土内不应夹有石块和建筑垃圾等；外取的土壤不得有较强的腐蚀性；在回填土时应分层夯实。所用土壤不能含沙质过多，不然不利土壤水分保持，地中电阻大。对于测量不接地电阻不满足计算要求的，必须采取降阻措施。比如外引敷设接地网，敷设的接地体、和接地线周围敷降阻剂、更换接地网回填土等。

1.6防雷系统的日常维护

水电站防雷装置的检查维护为了使水电站的防雷装置有良好的保护性能，应对其进行经常检查或定期检查。根据水电站的工作需要，并符合国家和行业规定要求，明敷接地线的表面应涂以用15～100 mm宽度相等的绿色和黄色相间的条纹。在每个导体的全部长度上或只在每个区间或每个可接触到的部位上宜作出标志。当使用胶带时，应使用双色胶带。中性线宜涂淡蓝色标志。在接地线引向建筑物的入口处和在检修用临时接地点处，均应刷白色底漆并标以黑色记号，其代号为“〨”（接地）。

当电缆穿过零序电流互感器时，电缆头的接地线应通过零序电流互感器后接地；由电缆头至穿过零序电流互感器的一段电缆金属护层和接地线应对地绝缘。直接接地或经消弧线圈接地的变压器、旋转电机的中性点与接地体或接地干线的连接，应采用单独的接地线。变电所、配电所的避雷器应用最短的接地线与主接地网连接。对于应用于大接地电流系统的分级绝缘变压器，在每次停送电操作的时候，要保证变压器中性点保持接地。

每年雷雨季节到来之前，应对水电站防雷装置进行检查，并测量接地电阻情况。接地网电阻值视地址条件以及电网发展情况，过一定年限要测量校核，当不满足要求时，应采取措施降阻，必要时候，对接地网应当部分开挖抽检。防雷装置的接地电阻合乎要求，雷电流才能被顺利导入地中，而不致发生对建、构筑物的反击和造成火灾爆炸事故。因此，对接闪器、引下线、接地装置轻易发生腐蚀的地方应加强检查，避免通过雷电流时发生熔化、发热等引起火灾危险。雷雨后，应注重对防雷装置的巡视。

对于各种避雷器，先检查其外观。首先检查其瓷套或绝缘子是否完好，有无裂纹或破损，表面是否脏污，密封是否良好；再检查其外部和引下线上有无闪络或烧损痕迹，引下线各部分连接是否良好，固定避雷器的各组件是否牢固；进而检查各部分腐蚀和锈蚀的情况，动作指示器的外间隙和保护间隙的主、辅助间隙有无变动，有无外物引起短路；另外，还要加强对运行中避雷器的绝缘监测，如带电测量电导电流等。

2结语

本文主要探讨了山区水电站防雷害工作的重要性、工作重点和工作要求，特别结合重水电站工作特点，对症下方，提出了存在的问题，给出了解决的办法。对山区水电站防雷方案的设计、老电厂改造、现场施工都有具有很好的参考和借鉴价值。

参考文献：

[1] 张荣.变电站防雷接地系统施工的质量管理[J].中国新技术新产品,2010,(18).