提高煤矿供电系统防雷击停电事故能力的几项改进措施

吴昌

摘 要：文章主要对近年来本公司在煤矿供电系统防雷击研究工作中实施的几项措施进行了简要的效果分析，对煤矿供电系统防雷工作进行了探讨。

关键词：煤矿供电；全线架空地线；石墨接地

中图分类号：TD611 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）14-0104-02

Abstract： In this paper， several measures applied in the research of lightning protection in coal mine power supply system in recent years are analyzed briefly， and the lightning protection work of coal mine power supply system is discussed.

Keywords： power supply in coal mine； whole line overhead ground wire； graphite grounding

1 概述

供电系统在煤矿的生产过程中担负着重要的任务，它为煤矿生产提供几乎所有动力设备能源供给，是煤矿生产得以顺利开展的重要保障。近年来随着矿井供电生产管理水平的不断提高，因误操作产生的事故在不断的减少，而因雷击导致电网跳闸的煤矿停电事故发生比例在不断提高。

根据邯郸市气象局资料，邯郸市年平均雷暴日数为23.8d/a，属中雷区。峰峰集团矿井位于邯郸西南部，而峰峰地区年平均雷暴日為27d/a，因逐渐接近山区，平均雷暴日高于邯郸地区平均天数，属于雷电多发区域。峰峰集团生产矿井多为高瓦斯矿井，对电网供电可靠性要求较高。煤矿井下水泵、提升机等大功率设备设置都设有失压保护装置，当供电系统遭受雷击造成电网瞬时失压或电压剧烈波动，将导致井下设备失压动作发生大面积停电，引发提升机断绳和水泵损坏事故发生。供电系统的瞬时停电极易引发瓦斯超限而导致瓦斯爆炸的次生事故发生，给矿井安全生产带来极大威胁。同时因煤矿井下作业面广，生产矿井开采作业面沿深较长，发生雷击停电后恢复送电生产往往时间较长，给矿井的生产造成重大经济损失。

决战雷雨季、防雷击停电事故成为保供电任务的重头戏。如何提高煤矿供电系统预防雷击停电事故能力成为摆在煤矿供电人面前的重大难题。本人将近年来本部门在煤矿供电系统防雷击工作中经实施后效果明显的几项改进措施进行探讨。

2 雷击原理及目前的防雷形式

雷击主要有两种产生形式，一种是直接雷击，另一种是感应雷击，其中感应雷击对供电线路破坏性最大。其主要是通过入侵电源线路或者对附近架空、埋地的电缆、建筑物附件产生强大的电磁感应及短时超高电压。

为了防止雷电对供电系统的破坏，目前煤矿系统通常采用避雷线和避雷针对雷电进行预防，通过接地引下线和接地网引导雷电电流下泄大地，保护设备及建筑物免遭雷电袭击。但是，这些常用的避雷设施的效果满足不了煤矿供电安全要求。雷雨天气时，还会发生雷击线路导致供电线路出线开关发生重合闸，瞬间的电压波动引发井下设备大面积停电，无法保障煤矿井下安全生产。

3 提高防雷能力的改进措施

为了提高煤矿供电系统的防雷水平，我公司对煤矿防雷设施进行了多次改造，其中以下三种改进措施取得了好的效果。

3.1 全线路架设架空地线，提高主供线路防雷能力

电力线路设计规范要求：35kV架空电力线路在进出线段宜架设地线，加挂地线长度一般宜为1.0km-1.5km。根据设计规范现有的煤矿35kV供电线路在线路出线首端和进入矿井变电站的末端都架设有架空地线预防雷电入侵建筑物。从近几年发生的几起雷击跳闸事故分析，雷击线路跳闸主要发生在无架空地线的线路段上。无架空地线的35kV线路，耐雷水平较低，当雷击架空线路时，不论是感应雷过电压还是直击雷过电压都极易引起绝缘闪络，形成单相接地故障，如果这个故障不能及时消除，就有可能造成线路跳闸，引起线路的停电。在无架空地线保护的线路段甚至发生了雷击导致导线断线事故，可见架空地线对于保护线路免受雷击起了很大的作用。

为降低线路因雷击产生故障的次数，提高供电线路防雷水平，经反复论证后我公司决定对35kV供电线路进行增设全线路架空地线改造。线路杆塔改造主要分两类进行，首先结合设计部门对线路增加架空地线后杆塔荷载受力进行计算分析。满足受力要求的铁塔增加地线挂环后可直接加挂架空地线，满足受力要求的电杆需要安装自制的电杆铁头后加挂架空地线。第二类为不满足受力要求的杆塔，根据杆位进行路径优化后架设新的杆塔挂接架空地。按照改造要求，所有的架设架空地线的水泥电杆要安装接地引下线，并牢靠地连接在电杆接地网上。

在雷雨季节来临之前，我公司每年安排线路人员对所有线路杆塔接地电阻进行测量，接地电阻不满足要求的采取降阻措施或进行更换。要求线路巡视人员对所有电杆的接地引下线连接情况进行检查，发现丢失及时补充，确保了架空线路接地可靠，接地电阻满足规程要求。运行数年来，全线路有架空地线的供电线路没有发生过落雷停电事故，线路供电安全有了很大的提高。

3.2 利用石墨接地极对矿井变电站接地网接地进行改造，降低接地电阻

接地网作为变电站交直流设备接地及防雷保护接地的载体，它的合格与否直接关系到供电系统的运行安全。接地网在变电站遭受雷击后可为雷电电流下泄大地提供通道，因此接地阻值越小越好。

矿井变电站由于设计年限较早，原先变电站内未使用计算机综保等弱点设备，因此对接地电阻的要求较低，一般只要4欧就满足要求。原接地网普遍采用镀锌钢管作为接地极，沿接地网方向等距垂直打入土壤中，通过焊接固定到接地线上，由于镀锌钢管接地极在土壤中长期受到腐蚀，接触面积不断减少，接地电阻不断升高。在近几年接地网开挖检查时，发现部分接地网严重腐蚀断裂，已无法满足接地要求。

为了满足目前接地网接地电阻小于1欧的要求，同时提高接地体耐腐蚀能力和使用年限。我公司采用了非金属石墨接地极作为接地体对变电站进行了接地网改造。

石墨接地极是一种以非金属材料为主的接地体，它由导电性、稳定性较好的非金属矿物和电解物质组成，石墨作为载体，加入离子缓释剂、保水剂、凝固剂等多种材料，可使其与土壤的接触面积成倍增加，从而降低土壤的散流电阻。石墨接地极自身呈弱碱性（pH值约为11），且含有防腐剂可使其理论寿命大于30年，远远大于镀锌钢材的使用年限。由于自身材料特点，在同等条件下，石墨接地极比同等面积的金属材料降低接地电阻要小25%左右，高土壤电阻率的情况下，效果尤为明显。石墨接地极经多次大电流冲击后，模块电阻值不增大，无变硬、发脆、断裂现象。

石墨接地极可进行垂直埋置或水平埋置，我公司接地网改造中采用垂直埋设，埋设深度为0.8米。接地模块之间并联埋置，间距为5.0m。接地线采用50*5mm的镀锌扁钢进行环形敷设。坑槽回填采用细粒土为填料，回填时分层操作，填30公分料后，适量加水并夯实。再填料，加水和夯实，直至与地表齐平。回填完毕后浇水湿润，吸湿72小时后，经用地阻仪测量工频接地电阻值小于1欧，达到预期改造要求。

3.3 变电站二次系统装设浪涌保护器

浪涌也叫突波，是超出正常工作电压的瞬间过电压。浪涌是发生在仅仅几百万分之一秒时间内的一种剧烈脉冲，对电子设备及元件造成重大损害。雷电过电压和雷击电磁脉冲是浪涌产生的原因之一。

煤矿供电系统的二次保护系统，目前普遍采用微机型综合保护装置，雷电波入侵后会产生瞬时过电压，损坏保护装置电子设备，造成保护装置误动停电事故。近年来，雷电造成设备跳闸后，常常发生对应综保设备装置损坏事件，其主要原因就是雷电波不能及时有效的泄入大地，残余的雷电放电及电磁脉冲以及雷电过电压对控制保护等弱电设备产生了严重的电磁干扰，导致过电压损坏电子元件，电磁干扰设备发生误动作。为降低雷电对煤矿供电保护控制系统的影响，我公司在变电站二次系统及低压系统中安装了浪涌保护器，简称SPD。浪涌保护器是一种为各种电子设备、仪器仪表、通讯线路提供安全防护的电子装置，其工作原理类似于线路避雷器。适用于交流50/60Hz，额定电压至380V的供电系统中，对间接雷电和直接雷电影响或其他瞬时过压的电涌进行保护。当电气回路或者通信线路中因为外界的干扰突然产生尖峰电流或者电压时，浪涌保护器能在极短的時间内导通分流，从而避免浪涌对回路中其他设备的损害。

4 结束语

雷电天气给煤矿供电系统安全运行造成很大影响，提高防雷击停电事故能力一直是供电人急需解决的重要问题。我公司通过以上三种措施的改造实施，煤矿供电系统防雷能力有了很大的提高，雷雨天气时跳闸停电事故发生的次数在逐渐降低，保障了矿井的安全生产。

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