宋靜萍
摘 要:以某閘站降壓站避雷器遭受雷擊損壞為切入點,以規(guī)程規(guī)范為依據,對降壓站現有防雷接地設計進行復核,并提出運行管理建議,避免雷擊損壞設備事故再次發(fā)生。
關鍵詞:雷擊損壞;雷電過電壓保護;接地保護;避雷器參數選擇
0 引言
我國每年因雷擊破壞建筑物及電氣設備的事件時有發(fā)生,為了避免給人們的經濟財產造成損失,確保工程順利運行,電氣設計必須采取一系列防雷接地的措施。盡管如此,工程中仍有可能發(fā)生避雷器雷擊炸裂、電氣設備雷擊損壞的情況,其原因是多方面的,筆者從設計的角度出發(fā),對某降壓站現有防雷接地設計進行復核,并提出運行管理建議。
1 概況
某閘站降壓站電氣設備于2016年安裝并投入運行,2017、2018年連續(xù)兩次雷雨時其避雷器被擊穿,并均導致10kV高壓配電設施損壞。事故后,運行管理單位更換了所有損壞的設備。
2017年、2018年兩次避雷器被擊穿均為雷雨天氣,且根據事后與電力部門溝通,當時10kV線路未進行投切操作,初步確定事故與設備雷電過電壓關聯最大。因此設計復核主要為防雷接地設計復核。
2 設計復核
2.1 地理位置和氣候條件
此閘站布置在河北省保定市,位于平原開闊地區(qū),其主要建筑物為閘門啟閉機室、電氣用房及管理用房等。
工程地處暖溫帶大陸性季風氣候區(qū),海拔高度約73m,多年平均氣溫一般在12.3℃左右,多年平均降水量540.7mm,年內降水量的70~80%集中于汛期,多以暴雨形式出現。
根據《工業(yè)與民用供配電設計手冊(第四版)》中17.6.3章節(jié)全國主要城市氣象參數,保定市年平均雷暴日數為30.7d/a,根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》(GB/T 50064-2014)的分類,工程所在地屬于中雷區(qū)。
建筑物處土壤為粘性土和砂性土,按照各層土的厚度和接地體埋設深度,根據《工業(yè)與民用供配電設計手冊(第四版)》中表14.6-1 土壤和水的電阻率參考值,閘站電阻率近似值為300Ω·m。
2.2 閘站降壓站電氣設計方案
降壓站主要用電建筑物為閘門啟閉機室、電氣用房及管理用房等,設置1座10/0.4kV戶內變電站為用電負荷供電,并設置一套全自動型柴油發(fā)電機組作為二級負荷的備用電源。
降壓站10kV電源“T”接自附近10kV線路,新架10kV架空線路約280米,導線型號采用JKLGYJ-10-50型,設立水泥桿6基;6#終端桿至配電室10kV高壓電纜進線柜采用高壓電纜穿管暗敷,電纜型號為ZRA-YJV22-8.7/15kV-3×50,長度約50m。電源引接桿(原10kV線路桿塔改造)設置隔離開關,新架10kV線路首端1#、2#雙桿裝設柱上計量裝置,計量裝置進出線均設置3臺HY5WS-17/50避雷器,6#終端桿上裝設跌落式熔斷器和3臺HY5WS-17/50避雷器。降壓站電氣用房布置2面10kV高壓環(huán)網柜、1臺160kVA干式變壓器及4面GCS低壓柜。
在10kV線路計量桿、終端桿、閘門啟閉機室、電氣用房及管理用房四周設邊緣閉合的復合接地網,建筑物屋頂設置φ10熱鍍鋅圓鋼避雷帶。降壓站內工作、保護及防雷共用接地裝置,站內設置自動化電子設備,接地裝置的接地電阻要求不大于1Ω;按照《交流電氣裝置接地設計規(guī)范》GB/T 50065-2011第6.1.4條,新架架空線路首端和終端電桿接地電阻要求不超過10Ω。
2.3 防雷接地設計復核
本工程主要包括新架10kV輸電線路、變電站及配電系統部分,筆者主要按照《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》GB/T 50064-2014及《交流電氣裝置接地設計規(guī)范》GB/T 50065-2011涉及的條款,針對雷電過電壓保護措施,對上述部分進行防雷接地設計復核。
2.3.1 架空線路
(1)雷電過電壓保護
新架10kV架空線路約280米,導線型號采用JKLGYJ-10-50型,架空線有絕緣,無地線,位于中雷區(qū)。10kV水泥桿配電線路采用金屬橫擔。滿足《66kV及以下架空電力線路設計規(guī)范》GB 50061-2010第6.0.14條第3款要求。
降壓站引接10kV線路與35kV架空線路有交叉,交叉線路之間的距離大于5m,按《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》(GB/T 50064-2014)5.3.2條款要求,交叉檔兩端的10kV電桿無需考慮接地裝置。
(2)接地保護
架空線路首桿(即1#、2#計量桿)和尾桿(即6#終端桿)水泥桿設置接地裝置,水泥桿周圍敷設邊緣閉合的-40×4扁鋼水平接地網,并設置∠50×5×2500角鋼接地極,間距5m。接地裝置水平埋深為1m。桿上金屬構件、避雷器、設備外殼等均與接地裝置可靠連接,引下線采用-40×4扁鋼。接地體及接地引下線均做熱鍍鋅處理,接地裝置的連接均采用焊接。滿足《交流電氣裝置接地設計規(guī)范》GB/T 50065-2011第5.1.5和5.1.8條,以及《66kV及以下架空電力線路設計規(guī)范》6.0.17條的要求。
2.3.2 變電站進線段的雷電過電壓保護
為防止雷電侵入波產生過電壓,1#、2#計量桿的進出線均設置3臺HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護計量裝置,架空線和電纜連接處即6#終端桿上裝設3臺HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護電纜段。10kV高壓電纜進線處在10kV高壓電纜進線柜配置3臺HY5WS-17/50配電型避雷器用以保護柜內設備。終端桿上及進線柜內避雷器接地端與接地裝置及電纜金屬外皮相連。滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》GB/T 50064-2014第5.4.13條第 12款要求。
2.3.3 變電站雷電過電壓及接地保護
根據《建筑物防雷設計規(guī)范》GB/T 50057-2010,廠區(qū)內建筑物按三類防雷建筑物設置直擊雷保護裝置,屋頂設置φ10熱鍍鋅圓鋼避雷帶,并設置接地引下線與主接地網相連。屋頂上設備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬構件均與接地裝置可靠連接。建筑物周圍敷設邊緣閉合的-40×4扁鋼水平接地網,并設置∠50×5×2500角鋼接地極,間距5m。接地裝置水平埋深為1m。接地體及接地引下線均做熱鍍鋅處理,接地裝置的連接均采用焊接。接地網設計滿足《交流電氣裝置接地設計規(guī)范》GB/T 50065-2011中對變電站接地的要求。
2.3.4 配電系統雷電過電壓保護
10kV高壓電纜進線柜配置HY5WS-17/50配電型避雷器,10kV高壓出線柜配置GPT-Z-12.7/31三相組合式過電壓保護器,其接地線均與接地裝置連在一起。
變壓器低壓側繞組配置Y3W-0.5/2.6低壓避雷器,其接地線與變壓器金屬外殼連在一起,以防止反變換波和低壓側雷電侵入波擊穿絕緣。
低壓柜0.4kV母線上設置浪涌保護器。
滿足《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》(GB/T 50064-2014)5.5 條款要求。
2.3.5 無間隙氧化物避雷器參數選擇
本次重點復核曾遭受雷擊損壞處的避雷器技術參數。計量桿、終端桿及電纜進線高壓柜均配置HY5WS-17/50無間隙金屬氧化物避雷器,其主要參數包括避雷器持續(xù)運行電壓、額定電壓、標準額定頻率、標稱放電電流、2ms方波電流(峰值)、雷電沖擊下的最大殘壓等。
系統標稱電壓為10kV,系統最高電壓Um為12kV,10kV系統為不接地系統,則根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》(GB/T 50064-2014)表4.4.3:
額定頻率為50Hz
避雷器額定電壓為1.38Um=16.56 kV(相地)
避雷器持續(xù)運行電壓為1.1Um=13.2kV(相地)
根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》(GB/T 50064-2014)6.3.1條文說明:
配電用避雷器標稱放電電流為5kA。
根據《交流無間隙氧化物避雷器》(GB 11302-2010)表1避雷器分類,表8避雷器長持續(xù)時間電流沖擊(方波沖擊電流)試驗要求,2ms方波電流(峰值)為75A。
根據《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合設計規(guī)范》(GB/T 50064-2014)表6.4.4及表6.4.6-1,變壓器及開關額定雷電沖擊耐受電壓為75kV,設備外絕緣的雷電沖擊耐壓配合系數為1.4,則避雷器雷電沖擊下的最大殘壓應小于75/1.4=53.57kV。
所選配電型避雷器為HY5WS-17/50(400A)型,避雷器額定電壓17kV,標稱放電電流為5kA,2ms方波電流(峰值)為400A,雷電沖擊下的最大殘壓為50kV,主要技術參數滿足規(guī)范要求。
3 結論
閘站降壓站防雷接地設計符合規(guī)程規(guī)范要求,主要設備參數選擇滿足規(guī)程規(guī)范要求及工程需要。
4 建議
4.1 避雷器解體查找損壞原因
2017、2018年避雷器連續(xù)兩年雷擊損壞,原因可能是多方面的,對于雷擊損壞的避雷器應進行解體分析,查找是否存在密封不良、內部受潮、外瓷套污穢嚴重、彈簧導流性能差、金屬支撐附屬件存在毛刺等原因,上述原因是導致避雷器爆炸的常見因素。
4.2 加強正在使用的避雷器監(jiān)督
事故后更換的避雷器,應按《交流無間隙氧化物避雷器》(GB 11302-2010)第9章要求進行的試驗項目檢查,檢查廠家測試報告是否齊全,測試項目是否完整。
加強定期巡視,日常維護中,及時對污穢進行清掃。加強每年雷雨季節(jié)前的避雷器帶電測試。普及紅外熱像儀在避雷器運行監(jiān)測中的應用,一旦發(fā)現溫度分布不正常時,進行跟蹤監(jiān)測或停電試驗,避免發(fā)生事故。
4.3 檢查降壓站內防雷接地及過電壓保護實施情況
檢查戶外電桿及電氣用房防雷接地措施實施情況。計量桿上避雷器接地端與電桿接地裝置可靠連接;終端桿上及進線柜內避雷器接地端與接地裝置及電纜金屬外皮相連;桿上金屬構件、避雷器、設備外殼等均與接地裝置可靠連接;電氣用房設備基礎槽鋼、柜體等均與接地裝置可靠連接;檢查接地電阻滿足設計要求。
水工建筑物的防雷接地是一項系統工程,從設計、實施、產品選擇及運行管理等多方面嚴格把關,避免建筑物和電氣設備遭受雷擊危害。
參考文獻:
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