西沟水电厂防雷接地系统分析

姜红军，苑庆山

(黑河辰能西沟水电有限责任公司，黑龙江 黑河164300)

发电厂、变电所是电力系统的重要组成部分。如果发生雷击事故，可能会使变压器及其它电器等主要设备发生损坏，造成大面积停电，严重影响国民经济和人民生活。因此，发电厂、变电所的防雷保护，必须十分可靠。

依照上述要求，本文将黑河市西沟水电厂的防雷及接地系统的设计，安装情况，利用实测数据进行核对演算，与国标规程进行比较，以检验其是否符合《规程》要求，从而为西沟水电厂的安全稳定运行提供保证。

1 西沟水电厂概况

1.1 自然地理状况

西沟水电厂位于黑龙江省黑河市西南63 km，地处小兴安岭东北麓，公别拉河中下游南岸地区。发电厂及变电站地面海拔高度为173.40m。是连接国家电网与黑河市区用电网的重要枢纽电厂。同时也是黑龙江省西北地区重要的调峰电厂之一。

西沟水电厂四面环山，一面临水。所在地区为北寒温带气候，昼夜温差大，四季分明。春、夏、秋三季均有雷雨天气，该地区的雷电参数如下:

雷电流幅值:40 kA; 雷暴日:35 d; 雷暴小时:76 h; 地面落雷密度: γ =0.015 次/( km2·雷暴日) ; 输电线路落雷次数: N =0.6h( 次/100 km·a) 。

1.2 主要电气设备的接线及在系统中的运行方式

西沟水电厂总装机容量为3.6 万kW，两台1.8 万kW水轮机组运行。发电机出口电压6.3 kV。两台主变容量均为25 000 Kva，其中1B 为三相两线卷电力变压器，变比为121 ±2 ×2.5% /6.3KV;2B 为三相三线卷电力变压器，变比为121±2 ×2.5% /38.5/6.3kV。110 kV母线和6.3 kV母线均为单母线分段接线方式;35 kV为单母线接线方式。6.3 kV母线Ⅰ、Ⅱ段分别连接1#、2#发电机出口和1#、2#主变低压侧;35 kV母线出口接西富线;110 kV母线Ⅰ段出口分别接西黑线和沟岗线;110 kV母线Ⅱ段出口接孙西线。变电站与系统电网通过孙西线和西黑线π 接。因此，西沟水电厂连接着国家电网与黑河市电力供电网，在电网中具有重要地位。

2 西沟水电厂防雷接地系统的组成与结构

由以上所述可知，西沟水电厂在本地电力系统中具有很重要的地位。由雷电引起的大气过电压不但威胁着西沟水电厂的运行安全，而且还威胁着黑河市区供电及电力系统的安全与稳定。因此，对其户外及主要设备的防雷保护就显得尤为重要。

2.1 西沟水电厂防雷接地系统的组成

西沟水电厂的防雷接地系统按功能分由防直击雷保护系统、变电站进线段保护系统、主变防雷保护系统、防雷接地装置几部分组成。

2.1.1 防直击雷保护系统的组成

防直击雷保护系统由:孙西线终端杆至其出线架间的1#避雷线;西黑线终端杆至其出线架间的2#避雷线; 沟岗线终端杆至其出线架间的3#避雷线;1#、2#、3#、4#、5#、及A、B、C、D九只避雷针组成。

2.1.2 变电站进线段保护系统的组成

变电站进线段保护系统由: 孙西线、西黑线、沟岗线及西富线靠近西沟变电站2 km内的线路避雷线，孙西线A、C 相接阀式避雷器，西黑线A、C 相接阀式避雷器，沟岗线A、C 相接阀式避雷器组成。

2.1.3 主变防雷保护系统的组成

1#主变防雷系统由:110 kV母线Ⅰ段避雷器、35 kV母线避雷器、6.3 kV母线Ⅰ段避雷器、1#主变110 kV侧中性点避雷器组成;2#主变防雷系统由:110 kV母线Ⅱ段避雷器、6.3 kV母线Ⅱ段避雷器、2#主变110 kV侧中性点避雷器组成。

2.1.4 防雷接地装置的组成

防雷接地装置由:原地面层接地网、变电站接地网、辅助接地网、避雷针接地极组成。

2.2 西沟水电厂防雷接地系统的结构

2.2.1 防直击雷保护系统的结构

2.2.1.1 避雷线

防直击雷系统的避雷线由LGJ—95 型钢心铝绞线构成。1#、2#避雷线由孙西线与西黑线公用终端塔塔顶分别引至孙西线出线架左端避雷针A 的顶端和西黑线出线架右避雷针B的顶端，3#避雷线由沟岗线终端塔塔顶引至沟岗线出线架左避雷针D 的顶端。

2.2.1.2 避雷针

厂区共布置9 只避雷针。每一根避雷针的接闪器由12 mm圆钢制成，针体成三棱锥形由10 ～14 mm圆钢焊接而成，与接地体的联结用－40 ×4 的编钢焊接连接。1#避雷针位于西黑线和岗沟线的出线架连接处;2#避雷针位于预留出线架右端;3#避雷针位于110 kV母线Ⅱ段左侧母线支架顶端;4#避雷针位于变电站右下角，与两侧栅栏的距离均为3 m;5#避雷针在左下角变电站栅栏外，与变电站底边栅栏相距3.6 m，与变电站右边栅栏相距5.27 m，为防止避雷针与电气设备发生感应雷“反击”现象，5#避雷针中心线与被保护设备( 即35 kV母线架左端) 之间的最小距离为7.226 m; 避雷针A位于西黑线出线架右端，其顶端连接1#避雷线; 避雷针B 位于孙西线出线架左端，其顶端连接2#避雷线; 避雷针C 位于孙西线和预留线路出线架连接处;避雷针D 位于孙西线出线架左端，其顶端连接3#避雷线。各避雷针的高度为: h1= h2=16.5 m; h3=15 m; h4=26 m; h5=17 m; hA= hB= hC=hD=13 m。

2.2.2 变电站进线段系统的结构

变电站进线段保护系统中的避雷线全部由LGJ—95 型钢心铝绞线制成，沿线路终端塔向前延伸2 km，孙西线与西黑线线路为双避雷线，岗沟线终端塔外500 m为双线避雷线，其余部分为单线避雷线。孙西线、西黑线A 相、岗沟线的A、C相经6 600 PF耦合电容接FS2—0.38 型低压阀式避雷器接地，孙西线、西黑线C 相经7 000 PF耦合电容接`FS—O.5 型阀式避雷器接地。

2.2.3 主变防雷保护系统的结构

1#主变110 kV母线Ⅰ段避雷器由3 只Y10W1—108/268性氧化锌避雷器分别接于110 kVⅠ段母线A、B、C 三相上构成，1#主变110 kV侧中性点避雷器由一只Y10W1—41/116 型避雷器接于1#主变中性点;35 kV母线由三只Y10W1—51/125 型避雷器分别接于35 kV母线A、B、C 三相构成;6.3 kVⅠ段母线避雷器由三只Y1W—7.6/22 型氧化锌避雷器分别接于6.3 kVⅠ段母线A、B、C 三相上构成。2#主变110 kVⅡ段母线由三只Y10W1—126/340 型避雷器分别接于110 kVⅡ段母线A、B、C 三相构成，110 kV侧中性点避雷器由一只Y10W1—41/116 型避雷器接于2#主变中性点;6.3 kVⅡ段母线避雷器由三只Y1W—7.6/22 型氧化锌避雷器分别接于6.3 kVⅡ段母线A、B、C 三相构成。

2.2.4 防雷接地装置的结构

2.2.4.1 原地面层接地网

原地面层接地网由－40 ×4 型扁钢焊接成，两扁钢之间搭接80 cm，三边焊接。接地网结构为56m ×44m 成矩形，纵向均匀分布3 根扁钢每根间隔22 m;横向均匀分布7 根扁钢每根间隔8 m，整体成网状平面分布。其与变电站接地网有8个连接点。原地面层接地网左临公别拉河，横向第一根扁钢中心距引水隧洞中心线37 m;纵向右端扁钢中心线距机组中心线18 m。原地面层接地网高程为172.90 即距变电站地面－0.5 m。

2.2.4.2 变电站接地网

变电站接地网结构，其同样由－40 ×4 型扁钢焊接制成，焊接工艺与原地面层接地网一致。

2.2.4.3 辅助接地网

辅助接地网包括付厂房接地网、绝缘油库接地网、挡水墙接地、尾水接地网、降阻剂使用区接地网等。他们均用－40 ×4 型扁钢焊接而成，焊接工艺与上述相同。因其结构较复杂，这里不再累述。

2.2.4.4 避雷针接地极

避雷针接地体是由长2 m，直径50 mm的钢管制成，将其垂直埋入底下，并与接地网焊接连接。其中1#、2#、A、B、C、D共6 根避雷针的接地体由8 根间距6 m的接地极成一字排列共同接地;3#避雷针由4 根间距5.4 m的接地极成梯形分布接地;4#避雷针由5 根间距5.4 m接地极成梯形分布接地;5#避雷针由于保护的是35 kV电压等级的电气设备，为了防止接地极发生“反击”现象，其接地极距离变电站接地网5.226 m，通过挡水墙接地线与使用降阻剂接地区连接在一起。

3 西沟水电厂防雷接地系统的运行情况及存在问题

3.1 电厂防雷接地系统的运行情况

西沟水电厂已投产21 a之久，防雷接地系统一直安全可靠运行，防雷效果较好。21 a中未因雷电现象等大气过电压造成电网及发电机组停电、停机。

3.2 西沟水电厂雷接地系统存在的问题

3.2.1 孙西线出线存在问题及解决方案

孙西线出线架至终端杆之间，B、C 两相有20 m出线未受到避雷线及避雷针的保护，这样极有可能发生雷电直击给变电站造成雷害。

建议将2#避雷线的处线架端接直C 避雷针顶端。其中:

1#、2#避雷针保护的最小高度大于被保护高度hx =10.4 m，满足保护要求。这样可将孙西西线击西黑线两条线路出线均在避雷线的保护范围内。

3.2.2 西富线出线存在问题及解决方案

1) 西富线出线架至终端杆之间得导线没有防雷保护措施，同样极容易引起直击雷害。建议在终端杆上架装一致避雷针，要求其在距地面7.933 m( 西富线出线架高度) 保护圆半径rx =10 m，( 即出线架至终端杆的距离。) 这样，由公式(2) 得: h = ( rx + 2 hx) /1.5 = ( 10 + 2 * 7.933) /1.5=17.244 m。

即应在西富线终端杆上端架装高度为H = h－ hd =17.244－15.41 =1.834 m避雷针。

2) 应在西富线A 相经6 600 PF耦合电容串联加装FS2—0.38 型阀型避雷器与地连接，以防止线路雷绕击和感应雷电流的侵入变电站破坏电气设备的绝缘。

4 结 论

通过多年的运行检验，证明西沟电厂的防雷接地系统设计是合理的，设计、安装符合SDJ7—79《电力设备过电压设计技术规程规程》的相关要求。多年的运行实践证明，运行是安全、稳定、可靠的。当然其中也有不足之处，如果按上述方法改进，则会更加提高防系统的可靠性，从而为西沟发电厂及电力系统的可靠运行提供保证。

［1］宋执诚. 高电压技术［M］. 北京:中国电力出版社，1995.

［2］程惠民. 架空线路设计［M］. 北京:水利电力出版社，1995.

［3］中国水利水电部. 电气设备预防性试验规程［S］. 北京: 水利水电出版社，1995.