水電站預防雷擊火災事故發(fā)生的方案和措施
發(fā)布時間：2012-2-5 點擊：3348
在我國，水電站已成為各大電網(wǎng)的主要電源，發(fā)揮著發(fā)電、防洪、航運、供水等綜合利用效益，在國民經(jīng)濟建設中起著越來越重要的作用。但由于水電站自然條件復雜，設備與線路內在聯(lián)系緊密，一旦發(fā)生雷擊事故特別是雷擊火災事故，就會波及全站乃至全網(wǎng)，從而造成重大的經(jīng)濟損失或人員傷亡。2002年9月，三門峽水電站2號主變壓器因雷擊引起火災而損壞，致使3號發(fā)電機組停運，被迫棄水約0．99億立方米。因此，為確保水電站運行安全，必須采取防雷措施。
1.水電站雷擊火災的危害性
1．1直接雷擊
即雷云直接向水電站的電氣設備或建筑物放電。電站建筑物若被直接雷擊中，巨大的雷電流將會造成建筑物火災；若雷云直接向電氣設備放電，則直擊雷過電壓會使電氣設備的絕緣遭到擊穿破壞而造成火災。
1．2感應雷擊
在雷云臨近水電站上空時，水電站建筑物和附近地面上將感應產生大量的電荷。如果建筑物接地不夠良好，就會與大地間形成電位差，當感應雷過電壓足夠大時，就會引起建筑物內部的電線、金屬管道、大型金屬設備放電而造成火災。
1．3雷電侵入波
當水電站輸電線路遭到直接雷擊或感應雷擊時，巨大的雷電流會沿著輸電線路向電站流動，產生的雷電高電壓有時可高達30~40萬伏，使電站電氣設備絕緣損壞而造成火災；避雷線被雷擊后，避雷線與輸電線間的空氣絕緣也容易被擊穿；另外，由于水電站電氣設備本身還帶有工頻交流電，如果雷電過電壓使設備的絕緣擊穿，當短暫的雷電流過去之后，工頻交流電通過其擊穿通道時就會短路，從而造成火災事故。
2.水電站雷擊火災的預防措施
在水電站防雷保護設計中，應根據(jù)雷電活動情況、地形、地質、氣象情況以及電網(wǎng)結構和運行方式等，結合運行經(jīng)驗進行全面分析和技術經(jīng)濟比較，做到技術先進、經(jīng)濟合理，符合電力系統(tǒng)和電力設備安全經(jīng)濟運行的要求。雷電活動特別強烈的地區(qū)，還應根據(jù)當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，適當加強防雷措施。
2．1直擊雷的保護
為防止水電站直擊雷，可采用避雷針或避雷線保護，在峽谷地區(qū)宜采用避雷線或避雷針、避雷線聯(lián)合保護。1980年以前，高壓配電裝置一般都是采用避雷針防止直擊雷，配電線路采用避雷線防止直擊雷。1980年首次在葛洲壩水電站二江電廠220kV開關站采用避雷線進行保護，運行實踐證明，采用避雷線進行保護通常較避雷針的高度低，受雷面積小，接地裝置要求比避雷針簡易且較為經(jīng)濟。
水電站的下列設施應裝設直擊雷保護裝置：
(1)戶外配電裝置，包括組合導線和母線廊道；
(2)無鋼筋的磚木結構主廠房和室內配電裝置；
(3)戶外布置的電力變壓器、主變壓器的高壓引出線和戶外布置的發(fā)電機電壓引出線；
(4)油處理室、露天油罐、主變壓器修理間及易燃易爆材料倉庫等建筑物和需要保護的其它設施。
對水電站中一些不需要設置專門的直接雷擊保護裝置的建筑物，則采用將其金屬結構(如金屬屋架、鋼筋等)接地；對非金屬材料建造的建筑物，則在屋頂安裝避雷帶作為防止直接雷擊的措施。
2．2感應雷的保護
感應雷過電壓對水電站60kV及60kV以下的電氣系統(tǒng)絕緣有損害。一般電氣設備應遠離可能遭到直擊雷的設備(如避雷針、避雷線)或較高的建筑物，增大電氣設備對地電容或采用閥型避雷器保護，以減少感應雷擊過電壓的危害。建筑物屋頂上的設備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬架構均應接地，建筑物內的金屬管道、金屬設備應接地，以避免由雷電所引起的靜電感應而產生火花放電。
2．3雷電侵入波的保護
水電站防止雷電侵入波的主要措施是安裝避雷器，將侵入波過電壓的幅值限制在電氣設備絕緣的耐沖擊電壓水平以下。避免設備發(fā)生擊穿損壞或火災事故。
3.水電站主要避雷設施
3．1避雷針
避雷針是水電站中用來保護電氣設備和建筑物避免遭受直接雷擊的主要防雷裝置，避雷針的接閃器(針尖)一般用直徑10~20nll／l、長1~2m的鋼棒制成。引下線一般使用截面不小于25mm2的圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線，如果支持物為鋼筋混凝土或鋼支架時，也可用支架內的鋼筋或支架本身作為引下線。引下線與接閃器和接地體之間，以及引下線本身的接頭連接必須牢固，因此不應用絞合的辦法，而要用焊接或螺栓連接。
3．2避雷線
在水電站中，避雷線主要用來保護主變壓器高壓引出線(當主變壓器與戶外高壓配電裝置相距較遠時)和架空輸電線，避免遭受雷的直擊。接閃器為懸掛在帶電導線上方的接地導線(架空地線)，一般采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。接地引下線則采用截面不小于25ram2的鍍鋅鋼絞線。
3．3保護間隙
保護間隙是最簡單的防雷保護裝置。間隙的一端接于被保護設備的帶電部分，另一端與接地裝置相連。在正常運行時，由間隙將設備的帶電部分與地隔開，在雷電波過電壓襲來時，間隙被擊穿，把雷電荷引入大地，從而使被保護的設備避免遭受高壓損壞。保護間隙一般只用于保護供電可靠性要求不高的線路。
3．4管形避雷器
管形避雷器實質上是一個具有滅弧能力的保護間隙，主要由內部和外部兩個火花間隙及滅弧管組成。管形避雷器一般安裝在線路的絕緣薄弱處或發(fā)、變電站的進出線段上，用以保護線路的絕緣和限制進入發(fā)電站、變電所的雷電侵入波的幅值。
3．5閥式避雷器
閥式避雷器的主要元件是火花間隙和閥性電阻。目前我國生產的普通閥式避雷器有FS和FZ兩種系列。FS系列主要用于保護小容量的配電裝置中的電氣設備；FZ系列主要用于保護發(fā)電站和變電所的變壓器及電氣設備。
4.水電站的接地裝置
水電站的接地裝置由接地體和接地線組成。
4．1接地體
4．1．1自然接地體
由于構筑需要而埋設在水中或地中的各種金屬部件，如水電站水下混凝土中埋設的鋼管(壓力鋼管、蝸殼、尾水管等)，廠房水下部分的鋼筋網(wǎng)、攔污柵、閘門槽等。
4．1．2人工接地體
專門為接地需要而在地中埋設的接地體，有水平和垂直兩種敷設方式，也經(jīng)常采用兩者組合而成的復式接地體。由于水平接地體施工比較方便，所以接地網(wǎng)常以水平接地體為主，并組成網(wǎng)格形，使地面電位比較均勻。
一般情況下，應該首先利用自然接地體，在接地電阻達不到要求的數(shù)值時，可加設人工接地體，組成總接地網(wǎng)。主、副廠房和戶外配電裝置的接地網(wǎng)的外緣應閉合。
4．2接地線
接地線一般采用圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線。
接地線間以及接地線和接地體間的連接應采用焊接，對于有強烈腐蝕性的土壤，接地體和接地線的厚度及截面應適當加大，或采取鍍鋅、鍍錫等防腐措施。
5.水電站防雷裝置的檢查維護
為了使水電站的防雷裝置有良好的保護性能，應對其進行經(jīng)常檢查或定期檢查。
(1)每年雷雨季節(jié)到來之前，應對水電站防雷裝置進行檢查，并測量接地電阻情況。防雷裝置的接地電阻合乎要求，雷電流才能被順利導入地中，而不致發(fā)生對建、構筑物的反擊和造成火災爆炸事故。因此，對接閃器、引下線、接地裝置容易發(fā)生腐蝕的地方應加強檢查，避免通過雷電流時發(fā)生熔化、發(fā)熱等引起火災危險。如發(fā)現(xiàn)防雷裝置熔化或斷損、腐蝕和銹蝕超過30％以上、接地電阻不符要求等情況，應及時予以維修或更換。雷雨后，應注意對防雷裝置的巡視；
(2)對于各種避雷器，先檢查其外觀。首先檢查其瓷套或絕緣子是否完好，有無裂紋或破損，表面是否臟污，密封是否良好。如1991年3月26日，葛洲壩水電站500kV開關站2C進線B相因雷擊造成避雷器記數(shù)器燒毀、引下線燒斷、內部燒黑碳化，原因是避雷器的密封被損壞，導致潮氣侵入，因雷擊而使內部絕緣擊穿損壞；再檢查其外部和引下線上有無閃絡或燒損痕跡，引下線各部分連接是否良好，固定避雷器的各組件是否牢固；進而檢查各部分腐蝕和銹蝕的情況，動作指示器的外間隙和保護間隙的主、輔助間隙有無變動，有無外物引起短路；另外，還要加強對運行中避雷器的絕緣監(jiān)測，如帶電測量電導電流等。
參考文獻
1 水電站機電設計手冊編寫組．水電站機電設計手冊．電氣一次．水利電力出版社 1982：11
2 華東水利學院主編．水電站電氣部分電力工業(yè)出版社．1981：7
3 葛洲壩水力發(fā)電廠．葛洲壩水力發(fā)電廠事故匯編(1981-1999)2000；11
1.水電站雷擊火災的危害性
1．1直接雷擊
即雷云直接向水電站的電氣設備或建筑物放電。電站建筑物若被直接雷擊中，巨大的雷電流將會造成建筑物火災；若雷云直接向電氣設備放電，則直擊雷過電壓會使電氣設備的絕緣遭到擊穿破壞而造成火災。
1．2感應雷擊
在雷云臨近水電站上空時，水電站建筑物和附近地面上將感應產生大量的電荷。如果建筑物接地不夠良好，就會與大地間形成電位差，當感應雷過電壓足夠大時，就會引起建筑物內部的電線、金屬管道、大型金屬設備放電而造成火災。
1．3雷電侵入波
當水電站輸電線路遭到直接雷擊或感應雷擊時，巨大的雷電流會沿著輸電線路向電站流動，產生的雷電高電壓有時可高達30~40萬伏，使電站電氣設備絕緣損壞而造成火災；避雷線被雷擊后，避雷線與輸電線間的空氣絕緣也容易被擊穿；另外，由于水電站電氣設備本身還帶有工頻交流電，如果雷電過電壓使設備的絕緣擊穿，當短暫的雷電流過去之后，工頻交流電通過其擊穿通道時就會短路，從而造成火災事故。
2.水電站雷擊火災的預防措施
在水電站防雷保護設計中，應根據(jù)雷電活動情況、地形、地質、氣象情況以及電網(wǎng)結構和運行方式等，結合運行經(jīng)驗進行全面分析和技術經(jīng)濟比較，做到技術先進、經(jīng)濟合理，符合電力系統(tǒng)和電力設備安全經(jīng)濟運行的要求。雷電活動特別強烈的地區(qū)，還應根據(jù)當?shù)貙嵺`經(jīng)驗，適當加強防雷措施。
2．1直擊雷的保護
為防止水電站直擊雷，可采用避雷針或避雷線保護，在峽谷地區(qū)宜采用避雷線或避雷針、避雷線聯(lián)合保護。1980年以前，高壓配電裝置一般都是采用避雷針防止直擊雷，配電線路采用避雷線防止直擊雷。1980年首次在葛洲壩水電站二江電廠220kV開關站采用避雷線進行保護，運行實踐證明，采用避雷線進行保護通常較避雷針的高度低，受雷面積小，接地裝置要求比避雷針簡易且較為經(jīng)濟。
水電站的下列設施應裝設直擊雷保護裝置：
(1)戶外配電裝置，包括組合導線和母線廊道；
(2)無鋼筋的磚木結構主廠房和室內配電裝置；
(3)戶外布置的電力變壓器、主變壓器的高壓引出線和戶外布置的發(fā)電機電壓引出線；
(4)油處理室、露天油罐、主變壓器修理間及易燃易爆材料倉庫等建筑物和需要保護的其它設施。
對水電站中一些不需要設置專門的直接雷擊保護裝置的建筑物，則采用將其金屬結構(如金屬屋架、鋼筋等)接地；對非金屬材料建造的建筑物，則在屋頂安裝避雷帶作為防止直接雷擊的措施。
2．2感應雷的保護
感應雷過電壓對水電站60kV及60kV以下的電氣系統(tǒng)絕緣有損害。一般電氣設備應遠離可能遭到直擊雷的設備(如避雷針、避雷線)或較高的建筑物，增大電氣設備對地電容或采用閥型避雷器保護，以減少感應雷擊過電壓的危害。建筑物屋頂上的設備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬架構均應接地，建筑物內的金屬管道、金屬設備應接地，以避免由雷電所引起的靜電感應而產生火花放電。
2．3雷電侵入波的保護
水電站防止雷電侵入波的主要措施是安裝避雷器，將侵入波過電壓的幅值限制在電氣設備絕緣的耐沖擊電壓水平以下。避免設備發(fā)生擊穿損壞或火災事故。
3.水電站主要避雷設施
3．1避雷針
避雷針是水電站中用來保護電氣設備和建筑物避免遭受直接雷擊的主要防雷裝置，避雷針的接閃器(針尖)一般用直徑10~20nll／l、長1~2m的鋼棒制成。引下線一般使用截面不小于25mm2的圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線，如果支持物為鋼筋混凝土或鋼支架時，也可用支架內的鋼筋或支架本身作為引下線。引下線與接閃器和接地體之間，以及引下線本身的接頭連接必須牢固，因此不應用絞合的辦法，而要用焊接或螺栓連接。
3．2避雷線
在水電站中，避雷線主要用來保護主變壓器高壓引出線(當主變壓器與戶外高壓配電裝置相距較遠時)和架空輸電線，避免遭受雷的直擊。接閃器為懸掛在帶電導線上方的接地導線(架空地線)，一般采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。接地引下線則采用截面不小于25ram2的鍍鋅鋼絞線。
3．3保護間隙
保護間隙是最簡單的防雷保護裝置。間隙的一端接于被保護設備的帶電部分，另一端與接地裝置相連。在正常運行時，由間隙將設備的帶電部分與地隔開，在雷電波過電壓襲來時，間隙被擊穿，把雷電荷引入大地，從而使被保護的設備避免遭受高壓損壞。保護間隙一般只用于保護供電可靠性要求不高的線路。
3．4管形避雷器
管形避雷器實質上是一個具有滅弧能力的保護間隙，主要由內部和外部兩個火花間隙及滅弧管組成。管形避雷器一般安裝在線路的絕緣薄弱處或發(fā)、變電站的進出線段上，用以保護線路的絕緣和限制進入發(fā)電站、變電所的雷電侵入波的幅值。
3．5閥式避雷器
閥式避雷器的主要元件是火花間隙和閥性電阻。目前我國生產的普通閥式避雷器有FS和FZ兩種系列。FS系列主要用于保護小容量的配電裝置中的電氣設備；FZ系列主要用于保護發(fā)電站和變電所的變壓器及電氣設備。
4.水電站的接地裝置
水電站的接地裝置由接地體和接地線組成。
4．1接地體
4．1．1自然接地體
由于構筑需要而埋設在水中或地中的各種金屬部件，如水電站水下混凝土中埋設的鋼管(壓力鋼管、蝸殼、尾水管等)，廠房水下部分的鋼筋網(wǎng)、攔污柵、閘門槽等。
4．1．2人工接地體
專門為接地需要而在地中埋設的接地體，有水平和垂直兩種敷設方式，也經(jīng)常采用兩者組合而成的復式接地體。由于水平接地體施工比較方便，所以接地網(wǎng)常以水平接地體為主，并組成網(wǎng)格形，使地面電位比較均勻。
一般情況下，應該首先利用自然接地體，在接地電阻達不到要求的數(shù)值時，可加設人工接地體，組成總接地網(wǎng)。主、副廠房和戶外配電裝置的接地網(wǎng)的外緣應閉合。
4．2接地線
接地線一般采用圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線。
接地線間以及接地線和接地體間的連接應采用焊接，對于有強烈腐蝕性的土壤，接地體和接地線的厚度及截面應適當加大，或采取鍍鋅、鍍錫等防腐措施。
5.水電站防雷裝置的檢查維護
為了使水電站的防雷裝置有良好的保護性能，應對其進行經(jīng)常檢查或定期檢查。
(1)每年雷雨季節(jié)到來之前，應對水電站防雷裝置進行檢查，并測量接地電阻情況。防雷裝置的接地電阻合乎要求，雷電流才能被順利導入地中，而不致發(fā)生對建、構筑物的反擊和造成火災爆炸事故。因此，對接閃器、引下線、接地裝置容易發(fā)生腐蝕的地方應加強檢查，避免通過雷電流時發(fā)生熔化、發(fā)熱等引起火災危險。如發(fā)現(xiàn)防雷裝置熔化或斷損、腐蝕和銹蝕超過30％以上、接地電阻不符要求等情況，應及時予以維修或更換。雷雨后，應注意對防雷裝置的巡視；
(2)對于各種避雷器，先檢查其外觀。首先檢查其瓷套或絕緣子是否完好，有無裂紋或破損，表面是否臟污，密封是否良好。如1991年3月26日，葛洲壩水電站500kV開關站2C進線B相因雷擊造成避雷器記數(shù)器燒毀、引下線燒斷、內部燒黑碳化，原因是避雷器的密封被損壞，導致潮氣侵入，因雷擊而使內部絕緣擊穿損壞；再檢查其外部和引下線上有無閃絡或燒損痕跡，引下線各部分連接是否良好，固定避雷器的各組件是否牢固；進而檢查各部分腐蝕和銹蝕的情況，動作指示器的外間隙和保護間隙的主、輔助間隙有無變動，有無外物引起短路；另外，還要加強對運行中避雷器的絕緣監(jiān)測，如帶電測量電導電流等。
參考文獻
1 水電站機電設計手冊編寫組．水電站機電設計手冊．電氣一次．水利電力出版社 1982：11
2 華東水利學院主編．水電站電氣部分電力工業(yè)出版社．1981：7
3 葛洲壩水力發(fā)電廠．葛洲壩水力發(fā)電廠事故匯編(1981-1999)2000；11
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