兴义电厂2×600 mW燃煤发电机组雷电灾害风险评估

常 晨，李 松，李 珏

(1.贵州省黔西南自治州气象局，贵州 兴义 562400;2.贵州省气象信息中心，贵州 贵阳 550002)

1 引言

雷电风险评估既是指导与统筹防雷工程设计以及防雷工程施工的需要，也是科学防雷、规范防雷的重要工作。为了减少或避免兴义电厂2×600 mW燃煤发电机组遭受雷击而引起雷电灾害，对项目进行了雷击风险评估。计算出该项目的风险值与最大容许值进行比较，而风险评估对于项目的建设具有重要意义［1］。通过对资料数据的具体分析，计算出风险值是否达到容许范围值，并提出完善整个防雷装置的建议，使防雷装置得到良好的防护作用。

2 项目相关数据来源与分析

2.1 项目概况

兴义电厂2×600 mW燃煤发电机组新建工程位于贵州省兴义市清水河镇黔西村，项目建设占地面积约56.99 hm2，主要包括:主厂房;电气;供水;运煤;除灰渣系统;锅炉补给水系统;辅助生产建构筑物;管线布置。中心位置:25°15'47″N，104°51'28″E。

2.2 兴义市1964—2008年气象观测数据分析

兴义市年平均雷暴日为69 d;雷电活动主要发生在4—9月份，月平均雷暴日超过10 d，最高超过13 d。雷暴日最多的年份为1964年，天数为98 d;雷暴日最少年份为1996年，天数为43 d。初雷日最早为1月4日发生在1992年;终雷日最晚为12月28日发生在2004年;初终间跨度最长的年份为2004年，从1月10日—12月28日。兴义市的雷暴日年际变化趋势较大，雷暴活动比较频繁，其雷暴日在43～98 d。雷暴日仅仅反映了某区域大致的雷电活动规律，但不能准确表征地面落雷的频繁程度、雷暴强度。因此，在进行建(构)筑物年雷击次数的估算、雷击风险计算时，本报告采用本工程所处区域实际雷电监测网数据。

2.3 贵州省2006—2009年雷电监测网数据分析

2.3.1 雷暴日 兴义市年平均雷暴日为100 d，雷电活动主要发生在4—9月份，月平均雷暴日超过14 d，最高接近21 d，6—8月份为雷电多发期，月平均雷暴日数为20 d。

2.3.2 地闪密度 贵州兴义电厂(2×600 mW)新建工程(以厂址中心位置5 km半径)区域范围内雷电流年平均地闪次数639次，地闪密度约为8.14次/km2·a(本报告采用该值作为雷电风险计算参数)。

2.3.3 雷电小时 兴义市年平均雷电小时为437 h，平均每个雷暴日的雷电小时为4.4 h。雷电活动主要发生在5—9月份，月平均雷暴小时超过76 h，雷电活动最为强烈月份为6月，雷电小时达122 h，6—8月份为雷电多发期，月平均雷电小时达101 h。项目中心位置5 km半径区域范围内平均雷电小时为63 h，雷电活动主要发生在5—7月份，月平均雷电小时达15 h。

2.3.4 正负闪雷电流强度分布及极值 兴义市地闪分布如下:雷电流幅值200 kA以上的概率为0.12%;150 kA以上为0.75%;100 kA以上为2.71%;50 kA以上为15.53%;平均雷电流34.63 kA以上的概率为32.1%。

表1 2006—2009年兴义市最大正、负闪强度及平均闪电强度表(KA)

2.3.5 雷电季节变化 该地域地闪主要活动期为5—9月份，95%以上的地闪都发生在这5个月。该地域地闪主要活跃在14－02时，90%的地闪都发生在这个时段，03－13时地闪相对较少，约10%的地闪发生在这个时段。

3 雷电灾害风险评估

3.1.1 建筑物的分区 根据项目区域内的建构筑物使用功能和位置分布情况，将项目分为以下几个防雷区域:建筑物外部区域(Z1区);主厂房建构筑物区(Z2区);电气建构筑物区(Z3区);水工建构筑物区(Z4区);运煤、除灰建构筑物区(Z5);辅助及附属设施区(Z6)。

根据贵州省雷电定位资料统计，项目所在地闪密度Ng=8.14次/km2·a;厂址地势高差较大。

Z1区、Z2区、Z3区、Z4区、Z5区、Z6区域特征见表2～表7。

表2 建筑物外部区域(Z1区)的特征

表3 主厂房建构筑物区(Z2区)的特征

表4 电气建构筑物区(Z3区)的特征

表5 水工建构筑物区(Z4区)的特征

表6 运煤、除灰建构筑物区(Z5区)的特征

续表6 运煤、除灰建构筑物区(Z5区)的特征

表7 辅助及附属设施区(Z6区)的特征

表8 内部系统P1和相关入户设施的特征

续表8 内部系统P1和相关入户设施的特征

表9 内部系统S1和相关入户设施的特征

3.1.2 风险组成及计算结果

表10 不同分区内风险R1的组成

从表10可以看出，主厂房建构筑物区、电气建构筑物区、辅助及附属设施区区域风险超过可接受风险，这些区域是雷电防护的重点，应加强防雷措施。

4 评估结果

①本报告结论的雷暴日数据采用兴义市1964—2008年气象观测数据所得:年平均雷暴日为69 d，属于强雷暴地区。

②据贵州省2006—2009年雷电监测网监测数据，雷暴活动主要活跃在14－02时，90%的地闪都发生在这个时段。

③项目所处区域遭受雷击概率大。

④主厂房建构筑物区风险值为4.70×10－5，电气建构筑物区风险值为2.19×10－5，水工建构筑物区风险值为7.23×10－7，运煤、除灰建构筑物区风险值为4.70×10－7，辅助及附属设施区风险值为2.85×10－5，主厂房建构筑物区、电气建构筑物区、辅助及附属设施区风险值均超过评估标准规定的可承受风险。

⑤项目所处区域内，对于放置灵敏设备的机房，控制制室，应采取屏蔽措施，屏蔽网格尺寸应小于0.1 m×0.1 m。

⑥根据现场实测，项目所处区域土壤电阻率差异较大，平均土壤电阻率为1 314.0Ω·m，属于高土壤电阻率区域，对于接地装置施工有不利影响。由于土壤电阻率很高，除生产设备对接地有特殊要求外，厂区应采用联合接地装置，将计算机、仪表接地、工作接地、电收尘接地、防雷接地等共用联合接地网，接地电阻应满足《交流电气装置的接地》DL/T621－1997规范的要求。

⑦根据计算，项目多个区域雷击风险超过可承受风险，应提高建构筑物及弱电系统的防雷保护等级。

根据国际防雷标准规定:雷击造成人员伤亡损失的最大风险可容许值 RT=1.00 ×10－5。［5］而在本论文中由雷击造成的人员伤亡损失风险R=2.85×10－5＞ RT=1.00 ×10－5，超出可承受的范围。需做防雷工程。

5 工程描述

5.1 具体防雷措施

①主厂房区、500 kV升压站、制氢站、油罐区及办公楼等建筑物的直击雷防护措施。

②供配电系统的雷电波侵入防护措施。

③厂区的信息管理系统、生产自动化系统、通信系统、有线电视系统等的感应雷和雷电波入侵防护措施。

5.2 工程完成后的风险

由雷电闪击而造成人员伤亡损失的总风险

综上采取相应措施后，雷电风险值降至规范规定可承受的范围(1.00×10－5)。

6 结论

本文根据气象资料及闪电定位仪资料分析，可得到兴义电厂2×600 mW燃煤发电机组项目所在地雷暴日数为56 d，3 km半径地闪密度为5.1次/km2，属于强雷区。计算出人员伤亡损害的风险R＞RT=1.00×10－5，超出可承受的范围，存在着防雷安全隐患。通过增加防直击雷设施、防感应雷设施及防雷电波设施的方式，完善防雷装置，加强雷电的防护后。计算出R=4.31×10－6＜RT，达到容许值范围，从而减少或避免雷击事故发生的人员伤亡或者财产损失。

［1］张继权，李宁.主要气象灾害风险评价与管理的数量化方法及其应用［M］.北京:北京师范大学出版社，2007.

［2］IEC62305－2.雷电防护－第2部分:风险管理［S］.2006，21－25.

［3］叶蜚誉.关于雷击风险评估的若干问题［J］.电气工程应用，2007，(02).

［4］赵东，等.石化行业雷击风险评估技术方法应用［J］.陕西气象，2008(4).

［5］史雅静，涂山山.雷击风险评估方法初探［J］.湖北气象，2008(2).