水電站預(yù)防雷擊火災(zāi)事故發(fā)生的方案和措施
發(fā)布時(shí)間：2012-2-5 點(diǎn)擊：3359
在我國(guó)，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(yùn)、供水等綜合利用效益，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著越來越重要的作用。但由于水電站自然條件復(fù)雜，設(shè)備與線路內(nèi)在聯(lián)系緊密，一旦發(fā)生雷擊事故特別是雷擊火災(zāi)事故，就會(huì)波及全站乃至全網(wǎng)，從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。2002年9月，三門峽水電站2號(hào)主變壓器因雷擊引起火災(zāi)而損壞，致使3號(hào)發(fā)電機(jī)組停運(yùn)，被迫棄水約0．99億立方米。因此，為確保水電站運(yùn)行安全，必須采取防雷措施。
1.水電站雷擊火災(zāi)的危害性
1．1直接雷擊
即雷云直接向水電站的電氣設(shè)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(huì)造成建筑物火災(zāi)；若雷云直接向電氣設(shè)備放電，則直擊雷過電壓會(huì)使電氣設(shè)備的絕緣遭到擊穿破壞而造成火災(zāi)。
1．2感應(yīng)雷擊
在雷云臨近水電站上空時(shí)，水電站建筑物和附近地面上將感應(yīng)產(chǎn)生大量的電荷。如果建筑物接地不夠良好，就會(huì)與大地間形成電位差，當(dāng)感應(yīng)雷過電壓足夠大時(shí)，就會(huì)引起建筑物內(nèi)部的電線、金屬管道、大型金屬設(shè)備放電而造成火災(zāi)。
1．3雷電侵入波
當(dāng)水電站輸電線路遭到直接雷擊或感應(yīng)雷擊時(shí)，巨大的雷電流會(huì)沿著輸電線路向電站流動(dòng)，產(chǎn)生的雷電高電壓有時(shí)可高達(dá)30~40萬伏，使電站電氣設(shè)備絕緣損壞而造成火災(zāi)；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(shè)備本身還帶有工頻交流電，如果雷電過電壓使設(shè)備的絕緣擊穿，當(dāng)短暫的雷電流過去之后，工頻交流電通過其擊穿通道時(shí)就會(huì)短路，從而造成火災(zāi)事故。
2.水電站雷擊火災(zāi)的預(yù)防措施
在水電站防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)雷電活動(dòng)情況、地形、地質(zhì)、氣象情況以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行全面分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，符合電力系統(tǒng)和電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈的地區(qū)，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)加強(qiáng)防雷措施。
2．1直擊雷的保護(hù)
為防止水電站直擊雷，可采用避雷針或避雷線保護(hù)，在峽谷地區(qū)宜采用避雷線或避雷針、避雷線聯(lián)合保護(hù)。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(guān)站采用避雷線進(jìn)行保護(hù)，運(yùn)行實(shí)踐證明，采用避雷線進(jìn)行保護(hù)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(jiǎn)易且較為經(jīng)濟(jì)。
水電站的下列設(shè)施應(yīng)裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置：
(1)戶外配電裝置，包括組合導(dǎo)線和母線廊道；
(2)無鋼筋的磚木結(jié)構(gòu)主廠房和室內(nèi)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(jī)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(hù)的其它設(shè)施。
對(duì)水電站中一些不需要設(shè)置專門的直接雷擊保護(hù)裝置的建筑物，則采用將其金屬結(jié)構(gòu)(如金屬屋架、鋼筋等)接地；對(duì)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(yīng)雷的保護(hù)
感應(yīng)雷過電壓對(duì)水電站60kV及60kV以下的電氣系統(tǒng)絕緣有損害。一般電氣設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離可能遭到直擊雷的設(shè)備(如避雷針、避雷線)或較高的建筑物，增大電氣設(shè)備對(duì)地電容或采用閥型避雷器保護(hù)，以減少感應(yīng)雷擊過電壓的危害。建筑物屋頂上的設(shè)備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬架構(gòu)均應(yīng)接地，建筑物內(nèi)的金屬管道、金屬設(shè)備應(yīng)接地，以避免由雷電所引起的靜電感應(yīng)而產(chǎn)生火花放電。
2．3雷電侵入波的保護(hù)
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(shè)備絕緣的耐沖擊電壓水平以下。避免設(shè)備發(fā)生擊穿損壞或火災(zāi)事故。
3.水電站主要避雷設(shè)施
3．1避雷針
避雷針是水電站中用來保護(hù)電氣設(shè)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(zhǎng)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(shí)，也可用支架內(nèi)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(yīng)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(hù)主變壓器高壓引出線(當(dāng)主變壓器與戶外高壓配電裝置相距較遠(yuǎn)時(shí))和架空輸電線，避免遭受雷的直擊。接閃器為懸掛在帶電導(dǎo)線上方的接地導(dǎo)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(hù)間隙
保護(hù)間隙是最簡(jiǎn)單的防雷保護(hù)裝置。間隙的一端接于被保護(hù)設(shè)備的帶電部分，另一端與接地裝置相連。在正常運(yùn)行時(shí)，由間隙將設(shè)備的帶電部分與地隔開，在雷電波過電壓襲來時(shí)，間隙被擊穿，把雷電荷引入大地，從而使被保護(hù)的設(shè)備避免遭受高壓損壞。保護(hù)間隙一般只用于保護(hù)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有滅弧能力的保護(hù)間隙，主要由內(nèi)部和外部?jī)蓚�(gè)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(jìn)出線段上，用以保護(hù)線路的絕緣和限制進(jìn)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(guó)生產(chǎn)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(hù)小容量的配電裝置中的電氣設(shè)備；FZ系列主要用于保護(hù)發(fā)電站和變電所的變壓器及電氣設(shè)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(gòu)筑需要而埋設(shè)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(shè)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(shè)的接地體，有水平和垂直兩種敷設(shè)方式，也經(jīng)常采用兩者組合而成的復(fù)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(yīng)該首先利用自然接地體，在接地電阻達(dá)不到要求的數(shù)值時(shí)，可加設(shè)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(yīng)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(yīng)采用焊接，對(duì)于有強(qiáng)烈腐蝕性的土壤，接地體和接地線的厚度及截面應(yīng)適當(dāng)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(hù)
為了使水電站的防雷裝置有良好的保護(hù)性能，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行經(jīng)常檢查或定期檢查。
(1)每年雷雨季節(jié)到來之前，應(yīng)對(duì)水電站防雷裝置進(jìn)行檢查，并測(cè)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(dǎo)入地中，而不致發(fā)生對(duì)建、構(gòu)筑物的反擊和造成火災(zāi)爆炸事故。因此，對(duì)接閃器、引下線、接地裝置容易發(fā)生腐蝕的地方應(yīng)加強(qiáng)檢查，避免通過雷電流時(shí)發(fā)生熔化、發(fā)熱等引起火災(zāi)危險(xiǎn)。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(yīng)及時(shí)予以維修或更換。雷雨后，應(yīng)注意對(duì)防雷裝置的巡視；
(2)對(duì)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(guān)站2C進(jìn)線B相因雷擊造成避雷器記數(shù)器燒毀、引下線燒斷、內(nèi)部燒黑碳化，原因是避雷器的密封被損壞，導(dǎo)致潮氣侵入，因雷擊而使內(nèi)部絕緣擊穿損壞；再檢查其外部和引下線上有無閃絡(luò)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(jìn)而檢查各部分腐蝕和銹蝕的情況，動(dòng)作指示器的外間隙和保護(hù)間隙的主、輔助間隙有無變動(dòng)，有無外物引起短路；另外，還要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中避雷器的絕緣監(jiān)測(cè)，如帶電測(cè)量電導(dǎo)電流等。
參考文獻(xiàn)
1 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組．水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)．電氣一次．水利電力出版社 1982：11
2 華東水利學(xué)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(zāi)的危害性
1．1直接雷擊
即雷云直接向水電站的電氣設(shè)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(huì)造成建筑物火災(zāi)；若雷云直接向電氣設(shè)備放電，則直擊雷過電壓會(huì)使電氣設(shè)備的絕緣遭到擊穿破壞而造成火災(zāi)。
1．2感應(yīng)雷擊
在雷云臨近水電站上空時(shí)，水電站建筑物和附近地面上將感應(yīng)產(chǎn)生大量的電荷。如果建筑物接地不夠良好，就會(huì)與大地間形成電位差，當(dāng)感應(yīng)雷過電壓足夠大時(shí)，就會(huì)引起建筑物內(nèi)部的電線、金屬管道、大型金屬設(shè)備放電而造成火災(zāi)。
1．3雷電侵入波
當(dāng)水電站輸電線路遭到直接雷擊或感應(yīng)雷擊時(shí)，巨大的雷電流會(huì)沿著輸電線路向電站流動(dòng)，產(chǎn)生的雷電高電壓有時(shí)可高達(dá)30~40萬伏，使電站電氣設(shè)備絕緣損壞而造成火災(zāi)；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(shè)備本身還帶有工頻交流電，如果雷電過電壓使設(shè)備的絕緣擊穿，當(dāng)短暫的雷電流過去之后，工頻交流電通過其擊穿通道時(shí)就會(huì)短路，從而造成火災(zāi)事故。
2.水電站雷擊火災(zāi)的預(yù)防措施
在水電站防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中，應(yīng)根據(jù)雷電活動(dòng)情況、地形、地質(zhì)、氣象情況以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等，結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行全面分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理，符合電力系統(tǒng)和電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。雷電活動(dòng)特別強(qiáng)烈的地區(qū)，還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，適當(dāng)加強(qiáng)防雷措施。
2．1直擊雷的保護(hù)
為防止水電站直擊雷，可采用避雷針或避雷線保護(hù)，在峽谷地區(qū)宜采用避雷線或避雷針、避雷線聯(lián)合保護(hù)。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(guān)站采用避雷線進(jìn)行保護(hù)，運(yùn)行實(shí)踐證明，采用避雷線進(jìn)行保護(hù)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(jiǎn)易且較為經(jīng)濟(jì)。
水電站的下列設(shè)施應(yīng)裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置：
(1)戶外配電裝置，包括組合導(dǎo)線和母線廊道；
(2)無鋼筋的磚木結(jié)構(gòu)主廠房和室內(nèi)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(jī)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(hù)的其它設(shè)施。
對(duì)水電站中一些不需要設(shè)置專門的直接雷擊保護(hù)裝置的建筑物，則采用將其金屬結(jié)構(gòu)(如金屬屋架、鋼筋等)接地；對(duì)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(yīng)雷的保護(hù)
感應(yīng)雷過電壓對(duì)水電站60kV及60kV以下的電氣系統(tǒng)絕緣有損害。一般電氣設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離可能遭到直擊雷的設(shè)備(如避雷針、避雷線)或較高的建筑物，增大電氣設(shè)備對(duì)地電容或采用閥型避雷器保護(hù)，以減少感應(yīng)雷擊過電壓的危害。建筑物屋頂上的設(shè)備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬架構(gòu)均應(yīng)接地，建筑物內(nèi)的金屬管道、金屬設(shè)備應(yīng)接地，以避免由雷電所引起的靜電感應(yīng)而產(chǎn)生火花放電。
2．3雷電侵入波的保護(hù)
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(shè)備絕緣的耐沖擊電壓水平以下。避免設(shè)備發(fā)生擊穿損壞或火災(zāi)事故。
3.水電站主要避雷設(shè)施
3．1避雷針
避雷針是水電站中用來保護(hù)電氣設(shè)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(zhǎng)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(shí)，也可用支架內(nèi)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(yīng)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(hù)主變壓器高壓引出線(當(dāng)主變壓器與戶外高壓配電裝置相距較遠(yuǎn)時(shí))和架空輸電線，避免遭受雷的直擊。接閃器為懸掛在帶電導(dǎo)線上方的接地導(dǎo)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(hù)間隙
保護(hù)間隙是最簡(jiǎn)單的防雷保護(hù)裝置。間隙的一端接于被保護(hù)設(shè)備的帶電部分，另一端與接地裝置相連。在正常運(yùn)行時(shí)，由間隙將設(shè)備的帶電部分與地隔開，在雷電波過電壓襲來時(shí)，間隙被擊穿，把雷電荷引入大地，從而使被保護(hù)的設(shè)備避免遭受高壓損壞。保護(hù)間隙一般只用于保護(hù)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(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有滅弧能力的保護(hù)間隙，主要由內(nèi)部和外部?jī)蓚�(gè)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(jìn)出線段上，用以保護(hù)線路的絕緣和限制進(jìn)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(guó)生產(chǎn)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(hù)小容量的配電裝置中的電氣設(shè)備；FZ系列主要用于保護(hù)發(fā)電站和變電所的變壓器及電氣設(shè)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(gòu)筑需要而埋設(shè)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(shè)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(shè)的接地體，有水平和垂直兩種敷設(shè)方式，也經(jīng)常采用兩者組合而成的復(fù)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(yīng)該首先利用自然接地體，在接地電阻達(dá)不到要求的數(shù)值時(shí)，可加設(shè)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(yīng)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(yīng)采用焊接，對(duì)于有強(qiáng)烈腐蝕性的土壤，接地體和接地線的厚度及截面應(yīng)適當(dāng)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(hù)
為了使水電站的防雷裝置有良好的保護(hù)性能，應(yīng)對(duì)其進(jìn)行經(jīng)常檢查或定期檢查。
(1)每年雷雨季節(jié)到來之前，應(yīng)對(duì)水電站防雷裝置進(jìn)行檢查，并測(cè)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(dǎo)入地中，而不致發(fā)生對(duì)建、構(gòu)筑物的反擊和造成火災(zāi)爆炸事故。因此，對(duì)接閃器、引下線、接地裝置容易發(fā)生腐蝕的地方應(yīng)加強(qiáng)檢查，避免通過雷電流時(shí)發(fā)生熔化、發(fā)熱等引起火災(zāi)危險(xiǎn)。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(yīng)及時(shí)予以維修或更換。雷雨后，應(yīng)注意對(duì)防雷裝置的巡視；
(2)對(duì)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(guān)站2C進(jìn)線B相因雷擊造成避雷器記數(shù)器燒毀、引下線燒斷、內(nèi)部燒黑碳化，原因是避雷器的密封被損壞，導(dǎo)致潮氣侵入，因雷擊而使內(nèi)部絕緣擊穿損壞；再檢查其外部和引下線上有無閃絡(luò)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(jìn)而檢查各部分腐蝕和銹蝕的情況，動(dòng)作指示器的外間隙和保護(hù)間隙的主、輔助間隙有無變動(dòng)，有無外物引起短路；另外，還要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中避雷器的絕緣監(jiān)測(cè)，如帶電測(cè)量電導(dǎo)電流等。
參考文獻(xiàn)
1 水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組．水電站機(jī)電設(shè)計(jì)手冊(cè)．電氣一次．水利電力出版社 1982：11
2 華東水利學(xué)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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