煤层气发电站直击雷防护技术应用

闫俊明 杨晓芳

摘要  重点对煤层气发电站中的抽采泵站防雷采用不同形式接闪器进行分析，并根据实际案例进行分析验证，得出在瓦斯泵房面积较大的情况下，可优先考虑选择4支等高接闪杆作为防雷保护，若与防雷要求不相符，可选择2根接闪线。

关键词 煤层气发电站;瓦斯泵房;直击雷防护

中图分类号：TM863 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2019）01-074-02

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2019.01.028

Application of Direct Lightning Protection Tech？鄄nology in CBM Power Station

YAN Jun-ming  et al（Yangquan Meteorological Bureau， Yangquan， Shanxi 045000）

Abstract The lightning protection of drainage pumping station in the CBM power station was analyzed with different forms of lightning arrester， and the analysis and verification were carried out according to the actual case. It was concluded that under the condition of large area of the gas vacuum pump room， 4 lightning rods with equal height could be selected as the priority for lightning protection， and 2 lightning rods could be selected if it was inconsistent with the lightning protection requirements.

Key words   CBM power station; Gas vacuum pump room; Direct lightning protection

煤矿瓦斯抽放站是对瓦斯抽送和排放的场所，其内部瓦斯气体体积较高且有很多瓦斯管道，属易燃易爆场所，对烟火防护要求较高。通常情况下，瓦斯抽放站大都在高瓦斯矿井附近建造，与城区相距较大距离，位于荒野或山区，易遭受雷击。雷击产生火花和高温很容易引爆瓦斯抽放站中易燃易爆物质，引发火灾或爆炸，严重威胁人们生命财产安全。

1 避雷针防护范围原理

滚球法主要是基于雷闪电气几何数学模型，设计原理是以雷击距离作为半径球体，沿着电力设备、建筑物等需要防直击雷部位各方向进行滚动，一旦球体碰触到接闪器，如作为接闪器的金属体或直接接触到接闪器及地面包括与大地直接接触且能承受雷击金属物，却不会碰触到需要被保护的部位时，该部位就是在接闪器有效保护范围内。

2 各种类型接闪器防雷保护范围

煤矿瓦斯泵房建设高度大都在8～15 m，根据《煤矿安全规程》（2016年）中相关要求抽采瓦斯泵站放空管高度应距离泵房房顶3 m以上，放散管管口高度应在11～18 m，即放散管管口高度11 m左右，在选用单、双支接闪杆或单根接闪线作为接闪器使用时，借助滚球法确定的保护范围仍不能覆盖放散管保护区域。

2.1 单支接闪杆保护范围

假设放散管处需要保护平面高度为hx，则：

hx=hf+3+0.5+2.5=14（1）

上式中，hx表示放散管处应保护平面高度，单位为m;hf表示瓦斯泵站高度，取最小数值8 m;3 m表示放散管与泵房房顶间最短距离;0.5 m代表管帽高度;2.5 m表示管帽保护范围以上垂直距离。

若接闪器直接选用单支接闪杆，则距离地面任意一高度hx处保护范围为：

rx=■-■（2）

式（2）中，rx表示接闪杆在任意hx高度平面上保护范围半径，单位为m;hr表示滚球半径，单位为m;hx表示被保护物高度，单位为m;h表示接闪杆高度，单位为m。

针对瓦斯泵站放散管防雷，可将其按照第一类防雷建筑物设计，假设hr数值为30 m;瓦斯泵站接闪杆高度h为30 m;瓦斯泵站最小高度值为8 m，此时被保护平面高度hx为14 m;最大数值rx为4.62 m。

假设接闪杆与瓦斯泵站放散管最小间离Sx分别满足《防雷规范》第4.2.1条3款和5款规定Sx>5 m和Sx>4 m，两者联立后，取Sx>5 m。若放散管处保护范围r=5 m，则接闪杆与被保护范围间的最小水平距离LX=Sx+r=5+5=10（m）。因rx<Lx或rx<r，由此看出，若选用单支接闪杆作为瓦斯泵房接闪器，不管其保护范围如何很难确保整个瓦斯泵房在接闪器有效保护范围内。

2.2 双支接闪杆保护范围

相较于单支接闪杆，双支接闪杆只是增加2个接闪杆间保护范围，保护范围宽度发生变化，其最大宽度就是单支接闪杆确定保护半径rx。在上述条件不变情况下hr=30、h=30、hx=14、rx=4.62，若被保护物hx高度为14 m情况下，被保护范围半径为5 m，因rx=4.62<r=5 m，由此可看出，不管双支接闪杆距离如何，很难保证整个瓦斯泵站放散管在接闪杆内、外侧形成有效保护范围内。

2.3 单根接闪线保护范围

通过对比单根接闪线和双支接闪杆，两者杆外侧保护范围几乎相同，只是双支接闪杆间保护宽度逐渐变成最后统一宽度rx。应保证接闪线水平位置与《防雷规范》第4.2.1条3款中规定相符，接闪线应放置在距离放散管5 m以外位置，此时整个瓦斯泵站放散管根本不在单根接闪线内、外侧形成有效保护范圍内。

2.4 多4支接闪杆保护范围

多4支接闪杆杆外侧保护范围主要是在2支接闪杆形成保护范围基础上确定的，只要保证中间区域保护范围最低点高度h0比被保护范围高度hx数值大即可，也就是h0>hx，此时多4支接闪杆中间区域基本可确保整个瓦斯泵站放散管在其有效保护范围内。

h0=+h-hr（3）

上式中，D3表示4支接闪杆2支不相邻接闪杆间距离。瓦斯泵站高度在8～15 m，此时可选取最大值15 m，则保护平面高度hx=21 m，该数值是瓦斯泵房高度（15 m）、放散管与泵房房顶间最短距离（3 m），管帽高度（0.5 m），管帽保护范围以上垂直距离（2.5 m）4个数值之和;滚球半径保持不变hr=30 m;瓦斯泵站接闪杆最大高度值为30 m;此时求出D3数值为42.8 m。由此，即使瓦斯泵站放散管高度达15 m，在选用4支接闪杆作为接闪器情况下，只要保证D3的数值不超过42.8 m，就能确保瓦斯泵站放散管在4支接线杆形成有效保护区域内。

2.5 2根等高线接闪线保护范围

2根接闪线外侧保护范围数在2个单根接闪线形成保护范围基础上进行确定，中间区域只要保证保护范围最低点高度高于被保护范围高度即可，也就是h0>hx，2根等高接闪线中间区域形成保护范围，计算公式为：

h0=上式中，D表示2根接闪线间距，单位为m。瓦斯泵站高度在8～15 m，此时可选取最大值15 m，保护平面高度hx=瓦斯泵房高度（15 m）+放散管与泵房房顶最短距离（3 m）+管帽高度（0.5 m）+管帽保护范围以上垂直距离（2.5 m）=21 m;滚球半径hr=28 m;瓦斯泵站接闪杆最大高度值为28 m;此时求出D数值为37 m。相较于多4支接闪杆保护范围，利用2根接闪线作为接闪器保护范围更大，只要确保D<37 m即可，2根接闪线中间形成保护区域基本可确保瓦斯泵站放散管安全。

3 实际案例分析

煤矿井瓦斯抽采系统主要是根据高、低负压2套系统建立的，泵站、瓦斯泵房、管道间、水泵间等建筑物占地面积648 m2，放散管在负压段和正压断上均有设置，共有4个，瓦斯抽采泵站放散管和泵房有效保护范围内。瓦斯泵房高度在9 m左右，放散管管口与地面间距12 m，管帽与地面间距为12.5 m。在对其进行直击雷防护设计过程中应按照以下步骤进行。

（1）確定防雷应保护范围。在对放散管和泵房防雷设计过程中，应将放散管作为一类防雷建筑，泵房作为二类防雷建筑。根据《防雷规范》要求，放散管保护区域应在保护平面高度hx=15 m，且与管口间距5 m区域内。

（2）确定接闪器类型。结合以上分析可以发现，单支接闪杆、双支接闪杆和单根接闪线都很难保证放散管在其保护范围内。该工程中瓦斯泵房面积较大，可以优先考虑选择4支等高接闪杆作为防雷保护，若与防雷要求不相符，可以选择2根接闪线。

（3）确定接闪器位置。根据《防雷规范》中的相关要求，应确保接闪杆与被保护建筑物、管道之间、接闪器与放散管间的距离、接闪器与雷闪接触点间满足要求，对接闪杆平面布置确定。

（4）确定最小保护高度。可以结合相关公式将最小保护高度数值计算出来，为了确保被保护物在接闪杆保护范围内，应保证最小保护高度h0高于被保护平面高度hx，也就是h0>hx;若h0数值比hx高出很多，可以将接闪杆高度降低，还能节省材料。

参考文献

[1] 齐晨曦.煤矿瓦斯抽放站防雷设计[J].中国高新技术企业，2016（1）：152-153.

[2] 郭晋雷.煤矿地面瓦斯抽采泵站防雷接地的设计分析[J].山西煤炭管理干部学院学报，2015，28（4）：53-55.