温亮

摘 要：文章分析了雷电的类型及造成大面积停电带来的危害，并对神东矿区10多年来雷电综合防治的一些技术措施、管理经验进行了总结，对陕蒙地区工矿企业的雷电防治工作具有一定的指导意义。

关键词：雷电；综合防治；大面积停电；无计划停风

中图分类号：TM862 文献标志码：A 文章編号：2095-2945（2018）26-0113-04

Abstract： This paper analyzes the types of lightning and the harm caused by large area blackout， and summarizes some technical measures and management experiences of lightning comprehensive prevention and control in Shendong mining area in the past 10-odd years. It has certain guiding significance to the lightning prevention and control work of industrial and mining enterprises in Shaan-Meng area.

Keywords： thunder and lightning； integrated prevention and control； large area blackout； unplanned wind outage

引言

神东矿区位于内蒙古、山西、陕西交界处，共管理178条架空输电线路，全长757.9公里。其中，10kV线路中的82条线路长约245.4公里，35条线路中的88条线路长约392.5公里，110条线路中的8条线路长约120公里。该地区属于典型的高原气候，近些年来，雷电活动日益频繁。因雷击架空线路引起的主通风机、局部通风机无计划停风事故占比超过无计划停风事故总量的70%，给矿井的安全及正常生产造成了非常严重的影响。

针对这种状况，神东严抓防雷基础工作，分析发生的雷击事故原因，并参照国家、行业的规程、规范，结合神东矿区所在地区气候、地质等方面的特点，具有神东自身特点的综合防雷方法逐渐形成。该方法取得了明显成效，2016年同2010年相比，主要通风机、局部通风机无计划停风次数下降了90%。

1 防雷电技术措施

1.1 35kV及以上电压等级的架空输电线路全线架设避雷线

神东矿区榆家梁煤矿35kV变电站的架空输电线路引自地方110kV变电站，在2011年前经常发生雷击35kV架空输电线路造成的停电事故，通过多次沿线查找故障点，发现雷击故障点多发生于沿线无架空地线的区域内。通过改造增加架空地线后，该区域雷击事故得到了有效的控制。

1.2 在杆塔顶部安装避雷针

在多雷区及易击点或在山顶高位的杆塔，可在杆塔顶部装设避雷针。在绕击雷活动频繁区段加装负角保护针，安装在线路两边相，可有效防止雷电绕击，它与架设在导线上方的避雷线相互配合，截断直击雷和绕击雷效果显著，起到了很好的屏蔽效果。

神东在35kV及以上电压等级的架空输电线路上均安装了避雷针，该避雷针由特殊材质构成，安装后，雷电冲击电流经过接闪器后，才作用于绝缘子，等效为在绝缘子和避雷针之间串联了一个耐极高冲击电流的特殊RLC电路，电路增加了雷电流的冲击阻抗，优化了杆塔的电气模型，延缓了雷电波前沿陡度。经国网武汉高压研究院检测，接闪器接入后，冲击电流削峰达30%以上，冲击过程被明显放缓，陡度减小，对雷电放电脉冲前沿有着明显的抑制作用。同时，通过神东应用实践证明，在杆塔顶部安装避雷针可有效降低雷击事故。

1.3 带间隙型避雷器

采用大球面间隙，使放电稳定，减少分散性。球面电极采用可调式，可以很方便的调整避雷器放电电压，上端电极为不锈钢球头设计，贯穿在避雷器上端的接线座上。下端大球面间隙电极，采用特殊低熔合金制造，一旦避雷阀片损坏，大球面电极将会融成小颗粒状，散落在一定的范围内，不会伤及人员安全，电极溶化后，避雷器与电网自动脱离，线路仍可继续正常供电。由于有串联间隙的存在，在系统正常工作电压下，间隙隔离了系统电压，阻止电流流过避雷器，无续流解决了电阻片老化问题，延长了避雷器的使用寿命，减少事故发生。当系统产生过电压并超过放电电压值时，间隙放电，电阻片呈现低阻状态，由于电阻片的参数选择比无间隙避雷器的残压低，所以保护性能好，增大了被保护范围。

2012年开始，神东在6（10）kV向主通风机房供电的架空输电线路中推广应用了带间隙型避雷器，取得了较好的效果。

1.4 增加架空输电线路绝缘，同塔双回线路采用差异绝缘配合

由于输电线路个别地段采用大跨越高杆塔（如：跨河、跨路杆塔），高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为提高线路绝缘，降低线路跳闸率，选用质量较好的复合线路绝缘子。在架空线路上多采用冲击闪络电压较高的瓷横担来降低线路雷击跳闸率。

另外，对于同塔双回线路由于两回线路采用型号、数量相同的绝缘子，出现感应过电压或雷击杆塔时两回线路上的过电压基本相等，容易造成两回线路同时闪络而造成供电中断。给其中一回线路增加绝缘后，绝缘强度较低的一回线路就会先于绝缘强度较高的一回线路闪络，使另一回线路上的雷电过电压开始急骤下降，从而保护了绝缘强度较高的一回线路不因雷击过电压闪络，提高了供电的可靠性。神东在架空输电线路的改造中，增加了部分杆塔的绝缘子片数量，有效增强了线路的绝缘。

1.5 双回路电源线路采用差异化敷设方式

一回电源线路采用钢芯铝绞线以架空的形式布置；另一回电源采用电缆直埋敷设。神东保德煤矿刘家堰主通风机房就是依靠这种方式最终解决了雷击停电问题。刘家堰风井建设初期考虑到供电距离较短，电缆直埋敷设不宜被雷电、风害、冰雪等恶劣自燃灾害影响等情况，双回电源线路均采用了电缆直埋敷设，这种布置方式的确未受到雷电等自燃灾害的影响，但因附近村民一次施工的意外破坏，造成双回电源均停电，主通风机发生了无计划停风事故，为这座高瓦斯矿井带来了较大的安全隐患。事故分析会上，大家分析认为该电缆直埋敷设区域环境复杂，如继续使用直埋电缆仍难以避免意外破坏事件的发生；如改为钢芯铝绞线以架空供电，该区域为雷区，也存在较大的雷击风险。最终方案确定为：一回电源线路采用钢芯铝绞线以架空的形式布置；另一回电源采用电缆直埋敷设。双回路电源线路差异化敷设方式改造完成后，雷雨季节使用电缆作为主供电回路，非雷雨季节使用架空线路作为主供电回路，从现场实际运行效果来看，进一步提高了风井供电的可靠性。

2 防雷电管理措施

2.1 加强架空输电线路的巡查

每月对架空输电线路进行徒步巡视，发现隐患及时处理。为了确保巡检人员能到达现场，引入了架空输电线路巡检系统，巡检人员在巡检作业时，使用GPS（全球定位系统）智能手持终端通过3G无线网络下载要检查的线路杆塔信息，然后到现场检查后，把检查结果直接提交到系统服务器。管理人员可以在系统中通过地图看到巡线的轨迹，了解巡线的整个路径。该系统可有效监督巡检人员的巡视工作，并将巡检工作纳入了计划和信息化管理，实现线路缺陷闭环管理，最大限度避免了漏检、错检等人为因素。

2.2 狠抓电气设备预防性试验

为降低架空输电线路雷击跳闸率，减少雷害事故的发生，神东每年雨季来临前，对有避雷线地段的杆塔接地电阻进行检测，对接地电阻不合格的进行处理，方法主要有：检查避雷线与塔杆之间的接触电阻，看是否存在接触不良的情况，同步检查塔杆与大地的接触电阻，若不合格，就要对接地极进行处理，通常是挖开接地极，在其周围注入食盐，加土覆盖后，再注入水，并对腐蚀严重的接地网进行重新敷设，对杆塔达不到接地电阻要求的，重作接地装置，用φl0圆钢采用方环型另加幅射的方式布置，埋深不小于0.7米。水泥杆避雷线接地引下线，用钢绞线与接地装置相连，不用预应力水泥杆内的配筋作为接地引下线。通过接地网改造，降低了杆塔接地电阻，改善线路接地系统，有效地防止有避雷线地段的线路因雷击杆顶或避雷线而造成的反击。

对输电线路的绝缘子进行擦试检查，防止绝缘子上的尘土降低绝缘，如果绝缘子有裂缝的必须进行更换。

检查避雷线的完好，防止锈蚀、断丝，检查避雷线的垂度，并进行适当的调整。

2.3 变电站分列运行

《煤矿安全规程》中规定，“正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。若一回路运行，另一回路必须带电备用。带电备用电源的变压器可以热备用；若冷备用，备用电源必须能及时投入，保证主要通风机在10min内启动和运行”。考虑到变电站分列运行带来基本电费支出导致矿井运行成本增加的问题，《煤矿安全规程》中并没有严格要求矿井电源必须严格采用分列运行方式。

随着雨季，雷击停电事故的发生，带来了一次又一次的无计划停风事故并影响了矿井的正常生产，因此带来的间接损失也远远超过了基本电费的支出。针对这一情况，神东在所属43个110kV、35kV变电站采取了分列运行方式，进一步提高了供电可靠性。

2.4 掌握雷电规律，展开针对性的布防

使用雷电定位系统，分析区域内雷电流的强弱，进而采取针对性措施，解决雷击问题。雷电定位系统是气象部门应用较为广泛的一种雷电监测手段，雷电定位系统由布置在不同地理位置上的三台以上的雷电探测仪，通过GPS可以构成一个雷电探测定位系统网。如图所示：

中心数据处理站经通信信道可和多个探测仪相连，对接收到的闪电回击数据实时进行交汇处理，给出每个闪电回击的准确位置、强度等参数，由其终端设备随时存储、显示、打印或拷贝成图；中心数据处理站也可经通信系统对各个探测仪进行参数设置、调试探测仪工作状态；中心数据处理站可通过数据服务网络或设置多个图形显示终端，以便多个部门共享雷电的信息资源。

以神东在陕西区域内的矿井为例进行说明，神东在陕西区域内有5个矿井均位于神木市境内，神木市地处榆林市北部地区，是陕西省雷电高发县，通过气象部门的数据了解到，近三年每年平均发生雷电次数为8179次，平均正闪强度为70.4 kA，平均负闪强度为-39.16 kA，最大正闪强度可达459 kA，最大负闪强度为-681.1 kA。

图4为2014-2016年神木市雷暴日分布，神木市绝大部分地区每年雷暴日为25天以上。

图5为2014-2016年，神木市雷电密度分布，神木市东南部为高密集区，西北部为次密集区。

图6为2014-2016年神木市雷电月分布。

图7为2014-2016年，神木市雷电时间分布，17-20时为高发时段，12-16时、21-23时、0-06时，为次高发时段，7-11时雷电较弱。

针对上述雷电规律，可以发现神东在陕西区域内矿井防雷电的关键月份在7-8月，每天17-20时为雷电高发时段，且榆家梁煤矿位于神木市雷电高密集区，需要加强布防。

正是依靠上述雷电规律，我们制定了一系列针对性的防雷电措施，如：为榆家梁煤矿35kV架空输电线路增设避雷线，10kV主要通风机线路加装带间隙型避雷器；同时要求，雷雨天气期间，各单位要密切关注天气情况，预报中有雷雨天气时，要求加派一名专业领导值班，各变电站站长必须在变电站值守；各矿机电领导应及时安排技术人员到主通风机配电室、局扇配电点、瓦斯抽放泵站等重点场所值班，确保雷击事故出现后能及时处理等等。

3 结束语

煤矿雷电的综合防治，是煤矿安全供电管理的重中之重，容不得半刻松懈，我们不能为过去取得的成绩沾沾自喜，也不能因一次雷击事故造成的损失，而妄自菲薄，失去防治雷电的信心。总之，我们要认真总结每一次雷击事故的经验，为煤矿的供电安全和正常生产保驾护航。

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