惠 蓓，张 媛，田 静

（西北电力设计院有限公司，陕西西安710075）

由我国设计并总承包建设的印度尼西亚某发电厂工程其厂址区雷暴活动强烈，土壤电阻率较高，电厂一期运行一年多里因雷击造成一次停机，多次全厂DCS通讯中断，雷暴活动对电厂的正常运行产生了极大破坏。在二期工程的建设中，需要针对强雷暴活动情况进行精细设计，以提高机组运行安全性。本文根据电厂厂区环境、气象以及地址条件，对全厂防雷接地进行深入分析，得出符合本工程实际需求的防雷接地设计方案。

1 工程概况

本工程厂址地处印度尼西亚南苏门达腊省，坐落在S.Lematang河上游。电厂厂址位于煤矿区域范围边缘，地处次生林和灌木林区，地势开阔，属起伏的丘陵地带，系河岸低地，原场地标高为18 m～40 m之间。

根据基本气象要素统计，厂址区实际平均雷暴日数达90 day，属于雷暴活动强烈区域。平均土壤电阻率达到409.51Ω·m，不利于雷电散流。

2 接地材料选择

本工程主接地网的水平接地体拟采用-80 mm×8 mm热镀锌扁钢，垂直接地体拟采用φ50 mm×4.5 mm，2.5 m长镀锌钢管。按下式对所选镀锌钢接地体截面进行校验［1］：

按照15年寿命考虑，钢材腐蚀厚度为：0.43 mm×15年=6.45 mm。

采用-80 mm×8 mm的镀锌扁钢，截面480 mm2，大于最小截面要求的303 mm2。钢材的点腐蚀厚度15年为6.45 mm，-80 mm×8 mm规格满足要求。

根据以上计算，本期工程可采用-80×8 mm的镀锌扁钢作为水平接地体。

3 雷电破坏分析

本工程雷暴活动强烈，雷电对电气、电子设备的破坏有如下途径：

（1）直击雷

建（构）筑物或者外部防雷装置等被闪电直接击中称为直击雷。直击雷蕴含极大的能量，电压峰值可达5 000 k V，会产生强烈的电效应、热效应和机械力，具有极大的破坏力。

配电装置、主厂房以及高耸建构筑物容易遭受直击雷的破坏。本工程的雷暴活动强烈，辅助厂房区域的防雷接地也应加强考虑。

（2）雷电反击

雷电流流经引下线和接地装置入地时，在引下线阻抗和接地装置阻抗上存在电压降，其产生的高电位对附近的金属物、电气和电子系统线路可能产生反击，称为雷电反击。

配电装置的构架、烟囱等高耸建（构）筑物上的避雷针、避雷线向主接地网引流时，如果散流情况不好，则会反击附近的设备。

（3）感应雷

感应雷指雷云放电在附近的导体上产生闪电静电感应和闪电电磁感应。

在发电厂内为防止静电对易燃油、天然气贮罐和管道等的危险作用，通常要采用金属线将管道、贮罐等跨接后可靠接地。

（4）电涌侵入

闪电击于防雷装置或线路上，以及由于闪电静电感应或雷击电磁脉冲，会产生过电压、过电流的瞬态波，称为闪电电涌。电涌可通过室外电源线路和通信线路传至建筑物内，损坏电气设备。

DCS这类的弱电系统在雷暴活动后产生的卡件损坏就是雷电电涌造成的。

本工程防雷接地的任务就是针对上述的雷电现象，采用有力的措施防止破坏，以保护人身和设备安全。

4 防雷接地措施

4.1 防直击雷措施

通常采用避雷针和避雷线进行直击雷防护。避雷针、线将雷电引向自身，通过引下线将雷电流引入大地，从而保护电气设备免遭雷击。

本工程拟在主厂房A排柱及配电装置设置避雷针来保护A排外及配电装置电气设备。在贮油库、制氢站、化水等区域设置避雷针保护贮油罐、制氢设备、电气设备以及各类仪表。

在烟囱顶部设置避雷针。根据GB 50057-2010《建筑物防雷设计规范》，高于60 m的建筑物应防侧击雷。为防止侧击雷害，烟囱筒身设置多处环状均压避雷带［2］。

考虑到本工程厂址区域的雷暴活动强烈，对主厂房设置屋面避雷带。对全厂辅助厂房，进行建筑物年预计雷击次数计算，对于超过限值的辅助厂房设置防直击雷措施。

对煤仓间、转运站、机力通风冷却塔等高耸建筑物设置避雷带，多点引下至主接地网，并采取加强散流措施。

4.2 防雷电反击措施

雷电反击的原因是在引下线和接地装置的阻抗上存在电压降，所以应采取减小接地阻抗的措施。

首先应保证所有的电气设备与主接地网可靠连接。对重要的电气设备还应加强散流，可增加接地极或采用集中接地装置。故在A排外区域及配电装置中，通过增加主接地网网格密度和垂直接地极的密度来降低接地电阻［3］。

对避雷器每相设置专用的集中接地装置，以加强散流。

针对本工程的高土壤电阻率，在配电装置区域内沿接地干线全长，以接地干线为中心的φ500 mm区域内土壤电阻率不大于60Ω.m，不满足此要求的土应置换为土壤电阻率不大于60Ω.m的回填细粘土。并在最终施工地坪表面覆盖一层150 mm厚的土壤电阻率为3 000Ω.m的砂石层。

4.3 防感应雷措施

感应雷会产生静电，可能使金属部件之间产生火花放电，这对于易燃油、天然气贮罐和管道非常危险。为防止这样的危险，本工程应采取防感应雷措施，如在制氢站入口处适当位置布置接地铜板用以卸放人体携带静电，并应与主接地网可靠连接，对管道应间隔一定距离进行跨接，易燃易爆贮罐应设置环形接地体等。

4.4 防止电涌侵入措施

一方面应防止电涌过电压的产生；另一方面应在电涌过电压后消除或减少其有害效应。可通过分流、接地、等电位联结、屏蔽等方法防止电涌过电压；可在电源以及信号线路上安装过电压保护设备，包括避雷器以及电涌保护器（简称SPD）。当线路上出现这种过电压后可以泄放雷电电涌能量和降低过电压幅度。

（1）分流、接地

利用接闪装置及引下线将雷电流泄入大地，利用接地网、集中接地装置等可靠接地并加强散流。

（2）等电位连接

在主控室、保护室、敷设二次电缆的沟道、配电装置的接地端子箱及保护用结合滤波器等处，敷设等电位接地网。在电子设备间下层的电缆室内敷设专用铜缆，将该专用铜缆首末端连接，形成集中控制室内的等电位接地网。在电子设备间里，将电气盘柜接至等电位接地网。

DCS系统采用等电位逻辑接地，接地线汇流后与主接地网在某一点单点接地。电子设备间里的DCS设备的接地统一接至DCS接地箱（每台机1面），接地箱与主接地网两点连接。辅助厂房内DCS设备采用汇流导体联通后单点接地。

（3）屏蔽

可将线缆穿金属管屏蔽，或使用屏蔽线缆。或配合建筑物的建设使用金属材料让房间处于一个屏蔽笼内。

（4）过电压保护

发电机出口、主变进线、起动／备用变高压侧、配电装置各出线均装设避雷器以防止雷电侵入波对设备的损坏。

主厂房内中压PC开关柜装设避雷器限制雷电过电压。主厂房内中压（10 k V或6 k V）配电室属于LPZ1区，一般中压采用真空断路器保护，设置有避雷器或过电压保护器作为真空断路器的操作过电压的保护，而且在中压母线和进线侧设置有避雷器［1］。

对全厂低压PC开关柜母线上设置I级试验的电涌防护装置，即开关型电涌保护器（PC应采用JLSPA25），MCC设置II级试验的电涌防护装置，即限压型（MCC可以采用JLSP-400／80／4P）。主厂房内低压配电间属于LPZ1或LPZ2区，一般低压采用电缆进线，避免了低压侧瞬态过电压，根据GB16895.22-2004《建筑物电气装置》，低压电源侧可以采用不装设SPD的方案。辅助厂房的电源均引自主厂房，采用钢带铠装电缆沿综合管架电缆桥架或电缆沟电缆支架进行敷设，电缆桥架和电缆支架沿线均采用电气接地与全厂主接地网相连，保护和控制电缆均采用屏蔽电缆，故低压电源侧可以采用不装设SPD的方案；但从本工程雷暴活动强烈的实际情况考虑，装设SPD可以有效防止直接雷击或在建筑物邻近处被雷击引起的瞬态过电压，故本工程对全厂低压PC和MCC设置电涌防护装置。

5 针对强雷暴活动的特殊措施

对于向厂外供电的线路，例如至煤矿、水源地等的电源线路，当采用架空线路时应设置隔离变压器。避免线路在遭受雷击时可能引起的6 k V配电装置跳闸或损坏，甚至引起机组停机的严重事故。

化水区域水箱液位计安装位置高于各水箱，中和水池、生水蓄水池、生活水池等液位计位于户外敞开处较高位置，在雷暴中存在被直击雷击中的可能性，从而造成液位计损坏并导致化水DCS系统远程IO柜相应卡件损坏。在化水区域设置避雷针，将各液位计纳入避雷针保护范围。

烟囱采用独立的接地装置，该接地装置不应与主接地网相连。引风机接地引下线距烟囱独立接地装置的距离需满足15米的地中距离要求，引风机本体及外壳均可靠接地，并对引风机电机设置集中接地装置。

针对雷电电涌，对电厂低压PC开关柜母线上设置I级试验的电涌防护装置，即开关型浪涌保护器JLSP-A25，MCC设置II级试验的电涌防护装置，即限压型JLSP-400／80／4P。

6 结 论

本文以具体工程为出发点，阐述了强雷暴活动地区发电厂的防雷接地设计要点。首先应选取合适的接地材料。同时采用避雷针、避雷带防止直击雷破坏；采取可靠接地、加强散流措施防止反击雷和感应雷；采取等电位连接、屏蔽、装设避雷器、装设电涌保护器等防止电泳侵入。通过上述技术手段，可以有力地抵抗强烈雷暴活动，保障电厂运行安全。

［1］GB50065-2011.交流电气装置的接地设计规范 ［S］.北京：中国计划出版社，2011.

［2］GB 50057-2010.建筑物防雷设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2011.

［3］谢伟民.变电站电气接地技术分析［J］.中国高新技术企业，2010，（3）：31-32.

［4］GB 16895.22-2004.建筑物电气装置 ［S］.北京：中国计划出版社，2011.