动力厂变电所防雷工程勘察报告.doc

XX动力厂变电所防雷工程 勘 查 报 告 XX防雷工程有限公司 2011年5月目 录前 言3一、雷电风险概述4二、防雷勘查及评估的意义5三、本项目勘查范围、内容6四、勘查设计依据7五、雷害分析方法7六、现场勘查情况汇总9七、勘查结论及建议19前 言我国气象灾害种类多、强度大、频率高，严重危害着人民生命财产安全，影响着国民经济和社会发展。雷电灾害损失仅次于暴雨洪涝灾害和干旱灾害造成的损失，目前被联合国有关部门列为“最严重的十种自然灾害之一”。 鞍山市是全国多雷暴地区之一，据历史资料统计年平均雷暴日高达26.9天，最多可达四十余天，属于多雷区（年平均雷暴日大于20天，不超过40天的地区），每年都有因雷击造成的经济损失。2009年6月和2010年11月两次雷击，导致鞍山齐选厂PLC系统、监控系统多处损坏。根据中华人民共和国安全生产法、中华人民共和国气象法、建筑物防雷设计规范GB50057-94(2000)、交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T620-1997等法律规范要求，受鞍钢集团矿业公司动力厂委托，株洲普天中普防雷工程有限公司技术人员对该厂下辖的16座变电站、5座程控局、66Kv高压输电线路进行了防雷勘察，根据勘测数据，经过分析计算完成了各站雷电灾害风险评估，并对存在的问题提出了合理的建议。26一、雷电风险概述雷电是发生在大气中的声、光、电物理现象，其放电电流可达数十千安培，甚至数百千安培。放电瞬间，雷电流产生巨大的破坏力和很强的电磁干扰作用，引起的灾害是自然界十大灾害之一。雷云对地放电，能够对地面上的建筑物和设施构成严重危害，其危害主要分为两类：直接危害和间接危害。直接危害主要表现为雷电引起的热效应、机械效应和冲击波等；间接危害主要表现为雷电引起的静电感应、电磁感应和暂态过电压等。雷云对地放电时，强大的雷电流从雷击点注入被击物体，其热效应可使雷击点周围局部金属熔化，当雷电击中输电线路时，可将其熔断。如果防护不当，就会酿成火灾，带来更大的损失和灾难。雷电机械效应所产生的破坏作用主要表现为两种形式：电动力和内压力。众所周知，载流导体周围的空间存在着电磁场，在电磁场中的载流导体会受到电磁力的作用。雷击建筑物时，在电动力作用下，建筑物内的导体之间会相互吸引或排斥，引起变形，甚至会被折断。在被击物体的内部产生内压力是雷电机械效应破坏作用的另一种表现形式。由于雷电流幅值很高，作用时间很短，击中建筑构件时，在其内部瞬时产生大量热量，在短时间内热量来不及散发出去，致使物体内部的水分被大量蒸发成水蒸气，并迅速膨胀，产生巨大的爆炸力，能够使被击建筑构件崩塌。雷电的静电感应和电磁感应作用均属于雷电的间接危害。当空间有带电的雷云出现时，雷云下的地面及建筑物等，都因静电感应而带上相反的电荷。从雷云的出现到发生雷击(主放电)所需时间相对于主放电过程的时间要长得多，雷云下的地面及建筑物等有充分的时间累积大量电荷。当雷击发生后，局部地区的感应电荷不能在同样短的时间内消失，形成局部高电压。这种由静电感应产生的过电压对接地不良的电气系统有很强破坏作用，使接地不良的金属器件之间发生火花，这对易燃易爆场所而言，是非常危险的。雷电流具有很高的峰值和波前dx上升陡度，能在所流过的路径周围产生很强的暂态脉冲电磁场，处在该电磁场中的导体会产生感应过电压（流）。建筑物内通常敷设着各种电源线、信号线和金属管道（如供水管、供热管和供气管等），这些线路和管道常常会在建筑物内的不同空间构成环路。当建筑物遭受雷击时，雷电流沿建筑物防雷装置中各分支导体入地，流过分支导体的雷电流会在建筑物内部空间产生暂态脉冲电磁场，脉冲电磁场交链不同空间的导体回路，会在这些回路中感应出过电压和过电流，导致设备接口损坏。雷电流产生的暂态脉冲电磁场不仅能在建筑物内的导体回路中感应过电压和过电流，而且也能在建筑物之间的通信线路中感应出过电压和过电流。二、防雷勘查及评估的意义 为了使防雷设计建立在科学的基础上，避免盲目性、保证防雷工作安全可靠、技术先进、经济合理。为了对动力厂已做防雷工程和未进行防雷保护的变电所进行全面了解，应该对变电所需保护的建筑物及构筑物进行现场勘查及做雷电损害风险评估。从用户角度讲，通过雷电损害风险评估可以让用户明确防雷之重要性，清楚所考虑的建筑物或服务设施是否需要安装防雷系统；如果需要，应选用那些防护措施；采用这些措施在经济上是否合算。从防雷技术人员角度讲，通过雷电损害风险评估可以让我们对所保护的建筑物判断是否需要采取防雷措施，科学、规范、合理的进行防雷设计、施工以及采取有效的防护措施。本着贯彻“安全第一，预防为主”的安全生产方针，贯彻中华人民共和国安全生产法、中华人民共和国气象法等法律法规和相关技术标准要求，根据雷电参数和引起雷击的几个因素对建筑物、设备、设施的雷击损坏风险进行分析评估，并在此基础上提出雷电防护建议，可以减少不必要的防雷建设投资，提高防雷建设投资的效率。三、本项目勘查范围、内容本次防雷设施勘查的范围是鞍钢集团矿业公司动力厂16座变电所、5座程控局的直击雷防护装置、雷电感应防护装置、等电位连接及接地系统、66KV线路铁塔接地系统的安全防护措施。其主要内容包括：变电所内配电室建筑物年预计雷击次数（ND）；变电所室外装置直击雷保护措施；变电所的等电位连接及接地情况；变电所内弱电设备雷电感应的防护措施；66KV线路的铁塔接地阻值及接地装置的腐蚀情况。四、勘查设计依据GB50057-2010：建筑物防雷设计规范GB50343-2004：建筑物电子信息系统防雷技术规范JGJ/T16-2008: 民用建筑电气设计规范DL/T 6201997:交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 6211997:交流电气装置的接地GB/T 21714.1-2008/ IEC 62305-1:2006雷电防护第1部分：总则 GB/T 21714.2-2008/ IEC 62305-2:2006雷电防护第2部分：风险管理GB/T 21714.3-2008/ IEC 62305-3:2006雷电防护第3部分：建筑物的物理损坏和生命危险 GB/T21714.4-2008 /IEC 62305-4:2006雷电防护第4部分：建筑物内电气和电子系统五、雷害分析方法雷电灾害风险评估取决于非常广泛的因素，特别是大型计算机及网络设备的风险评估相当复杂。由于变电所的弱电设备较少，建筑物结构、电力设施较为简单。因此，对变电所雷电灾害的风险评估，仅对变电所直击雷和间接雷击产生的过电压损害情况作出评估。同时依据电力系统的行业规范和国家相关规范，对变电所的防雷系统进行检验，根据检验与计算的结果对应国家、行业标准，完善变电所的防雷设施。变电所直击雷的防护主要包括两部分，室外装置区和配电室建筑物，室外装置区由独立避雷针进行保护，这在行业规范中有相关规定。但配电室所在的建筑物是否需要直击雷防护，应取决于两个方面，一是建筑物内是否有弱电设备，二是建筑物年预计雷击次数是否达到加装防雷的要求。建筑物年预计雷击次数的计算依据GB50343-2004建筑物电子信息系统防雷技术规范附录A的计算方法，计算中所选择的参数如下： N1=KNgAe (次/年) 式中：K校正系数，在一般情况下取1，在下列情况下取相应数值：位于旷野孤立的建筑物取2；金属屋面砖木结构取1.7；位于河、湖边、山坡下，土山顶部、山谷风口等处的建筑物取1.5。变电所配电室所在的环境比较空旷，K值取2。Ng建筑物所处地区雷击大地的年平均密度次/(km2a)；Ng=0.024 Td1.3(次/km2a)Td年平均雷暴日（d/a）；鞍山市年雷暴日26.9（d/a）Ae建筑物截收相同雷击次数的等效面积（km2）；建筑物等效面积Ae的计算方法：式中：L、W、H分别为建筑物的长、宽、高（m）根据以上公式计算出建筑物的年预计雷击次数，再结合标准要求判断配电室建筑物是否需要增加防雷装置及增加防雷装置的等级。六、现场勘查情况汇总1、24#变电所已有防雷设施：高压区安装1根20米高避雷针，接地电阻2.3，高压区及配电室等电位连接已做，低压侧一级防雷箱已经考虑（未安装）。配电室建筑物尺寸：:35mm168m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.033次20米避雷针保护半径：变配电系统高8米，建筑物高8米。滚球法类：7.89米，滚球法类：14.79米。问题：现有避雷针如按类防雷标准计算保护范围，在8米的高度范围内仅能有7.89米保护的保护半径。如按类防雷标准计算有14,79米的保护半径，配电室建筑物没有直击雷防护装置，且也不在避雷针保护范围之内。控制室内局域网电脑3台，使用了2个防雷插排，但控制室无接地。2、09#变电所已有防雷设施：高压区有2根避雷针，高度为25米和20米。电源安装2台一级160KA防雷箱，室内直流屏安装2组30-60KA防雷器，控制室内2个防雷插排及2路视频1路网络防雷器。变电所已完善等电位连接。配电室建筑物尺寸：:56m12m6m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.031次变配电系统高8米，建筑物高8米。25米高避雷针滚球法保护半径为，类9.18米，类18.8米。20米高避雷针滚球法保护半径为，类7.89米，类14.79米。问题：现有避雷针如按类防雷标准计算保护范围，8米的高度仅能保护7.89米和9.18米。高压区不能全部保护到。如按类防雷标准计算，8米高度可以保护到22.58米和14.79米，可以覆盖高压区，但配电室建筑物不在避雷针保护范围之内。3、125#变电所 （东烧厂内）已有防雷设施：1根20米高避雷针，低压侧已安装电源三级保护。配电室建筑物尺寸：:32m15m6m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.026次问题：高压区等电位连接未更新，一级电源防雷箱接线过长。变电所配电室建筑物无直击雷防护装置，现有避雷针按滚球法计算保护不到配电室全部。4、17#变电所（大孤山）已有防雷设施：1根25米高避雷针，高压区等电位连接已做。配电室建筑物尺寸：:72m12m14m 配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.061次问题：弱电系统未安装浪涌保护器器，避雷针工频接地电阻15。变电所配电室建筑物无直击雷防护装置，按滚球法计算现有避雷针不能保护全部配电室和高压区。5、08#变电所已有防雷设施:2根20米高避雷针，控制室三级防雷已做，视频防雷器一套，防雷插排2个。变电所高压区等电位连接已做。配电室建筑物尺寸：:471810 配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.043次20米高避雷针：滚球法类：9.18米，滚球法类：18.8米。问题：一级防雷箱引线大约10米，引线过长。控制室建筑物未安装防直击雷装置。现有两根避雷针按滚球法计算保护不到控制室建筑物。6、127#变电所（户内变电所）06年所建，变电所在建筑物内，建筑物防直击雷措施较完善，控制室在3层。电源系统已有三级防雷保护，已有视频线路防雷和电源防雷插排。接地系统符合要求。7、16#变电所（眼矿）已有防雷设施:1根20米高避雷针，配电柜电源3级防雷，高压区和室内等电位连接已做，配电室屋顶有2根避雷针。配电室建筑物尺寸：:72m13m6m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.036次问题：配电室屋顶避雷针已失效，无接地。变电所配电室建筑物无直击雷防护装置，按滚球法计算现有避雷针不能全部保护到配电室和高压区。8、126#变电所（鞍千新）已有防雷设施:2根20米高避雷针。变电所为06年新建，等电位连接暂不用更新。配电室建筑物尺寸：:74m20.5m8m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.048次问题：电源系统无防浪涌装置，配电室建筑没有直击雷防护装置，现有避雷针不能保护全部配电室建筑物。9、11#变电所（齐新）已有防雷设施:1根20米高避雷针。配电室建筑物尺寸：:50m15m6m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.030次问题：高压区等电位连接未更新，配电室建筑物未安装直击雷防护装置,现有避雷针不能保护全部配电室建筑物。10、123#变电所（南选场内）已有防雷设施：2根20米高避雷针，避雷针可以保护变配电系统，电源系统已安装三级防雷器。配电室建筑物尺寸：60m13m8m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.039次问题：配电室建筑物未安装直击雷防护装置，现有避雷针不能保护全部配电室建筑物高压区及室内等电位未更新。11、121#变电所（南选外）已有防雷设施：高压区安装了1根20米高避雷针，电源系统安装了1台一级电源防雷箱。配电室建筑物尺寸：36m18.5m5m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.028次问题：高压区及室内等电位未更新，电源缺二、三级保护。配电室建筑物未安装直击雷防护装置。根据滚球法计算，现有一根避雷针不能全部保护到高压区和配电室建筑物。112、东研变电所已有防雷设施: 高压区安装了1根20米高避雷针，电源系统安装了1台一级电源防雷箱。配电室建筑物尺寸：:26m13m8m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.029次问题：建筑物未安装直击雷防护装置，防雷箱引线过长，有10米。13、10#变电所已有防雷设施：高压区安装了1根20米高避雷针，电源系统已安装了三级避雷保护，信号线路防雷器已装。配电室建筑物尺寸：:48m12m15m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.054次问题：高压区等电位连接未更新。配电室建筑物未安装直击雷防护装置，根据滚球法计算，现有一根避雷针不能保护全部高压区和配电室建筑物。14、18#变电所（齐选厂内）已有防雷设施：高压区安装了2根20米高避雷针，电源系统安装了1台一级电源防雷箱。配电室建筑物尺寸：33m9m6m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.024次问题：等电位连接未更新，电源系统缺少二、三级保护。配电室建筑物未安装直击雷防护装置，根据滚球法计算，现有一根避雷针不能保护全部高压区和配电室建筑物。 15、23#变电所已有防雷设施：高压区安装了1根20米高避雷针，等电位连接已更新，配电室屋顶有3根避雷针，电源系统安装了1台一级防雷箱。配电室建筑物尺寸：:38m12m12m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.043次问题：配电室建筑物3根避雷针未接地，电源系统缺少二、三级防护。根据滚球法计算，现有一根避雷针不能保护高压区和配电室建筑物。16、122#变电所(齐矿采场内)已有防雷设施：高压区安装了1根20米高避雷针。电源系统安装了1台一级防雷箱。配电室建筑物尺寸：35m14m6m配电室建筑物年预计雷击次数：N=0.026次问题：高压区和控制室等电位连接未更新，机架接地电阻6.0，电源系统缺少二、三级防雷保护，避雷针接地电阻12。根据滚球法计算，现有一根避雷针不能保护高压区和配电室建筑物。17、程控局5个已有防雷设施：机房等电位连接，机房室外独立接地。电源二、三级防雷器，一级三相电源防雷模块技术指标，Uc：420V，Imcx：60KA，In：30KA，Up：2.4KV。二级单相电源防雷模块技术指标，Uc：420V，Imcx：40KA，In：20KA，Up：2.0KV。在机房接地端子箱测量接地电阻值均小于4。程控局电源系统防雷比较完善，信号系统由于是光缆接入也不用考虑雷电入侵问题。18、66KV线路铁塔接地检测开挖3处送电线路塔基的接地装置，查看接地装置腐蚀情况，测量其接地电阻值。10年以上铁塔的接地装置腐蚀情况比较严重，锈蚀程度达到原材料的30%。大球线接地阻值高，接地极与接地带采用了螺栓压接。七、勘查结论及建议1、配电室建筑物直击雷防护问题 动力厂变电所除127#在建筑物内且防雷措施较好外，其他15座变电所的避雷针按国标滚球法计算均不能全部保护配电室建筑物，如避雷针保护半径达到80米计算，则可以保护到整个变电所。在没有确定现有避雷针保护范围的前提下，建议按照三类防雷建筑物的要求对15座变电所配电室建筑物加装防雷措施，原因有以下几点：（1）、动力厂的15座变电所周围均没有高大建筑物，变电所内金属构架及高压线路较多。由于变电所处在城市边缘地带，周围较空旷，所以配电室应该属于旷野孤立的建筑物，在此情况下计算建筑物年预计雷击次数时，雷电参数K应选择2。根据以上情况，经计算15个变电所的配电室建筑物年预计雷击数在0.02-0.06之间。根据国标GB50057-94第2.0.4条规定，“预计雷击次数大于或等于0.012次/a，且小于或等于0.06次/a的部、省级办公建筑物及其它重要或人员密集的公共建筑物属于三类防雷建筑物”。变电所内的主控室和配电装置室属于比较重要的部位，如发生断电事故将造成很大损失。因此根据此规定变电所宜按三类防雷建筑物增加直击雷防护装置。（2）、根据国标GB50057-94第6.1.3条规定，“在设有信息系统的建筑物需防雷击电磁脉冲的情况下，当该建筑物没有装设防直击雷装置和不处于其它建筑物或物体的保护范围内时，宜按第三类防雷建筑物采取防直击雷的防雷措施。在要考虑屏蔽的情况下，防直击雷接闪器宜采用避雷网”。由于配电室内新装设了综合保护系统，在安装了信息系统后，对于配电室应该按三类防雷标准加装避雷网等防直击雷装置。（3）、根据DL/T6201997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合第7.1.2 条规定，“雷电活动特殊强烈地区的主厂房、主控制室和配电装置室宜设直击雷保护装置。若屋顶为钢筋混凝土结构，则将其焊接成网接地；若结构为非导电的屋顶时，则采用避雷网保护，该避雷网的网格为8m10m，每隔10m20m设引下线接地”。动力厂变电所在城市边缘或矿山地带，根据地下有金属矿藏的地方雷电活动比较频繁的规律分析，变电所所在的位置雷电较强烈应加装防直击雷措施。综上所述，对动力厂15座变电所的配电室按三类防雷建筑物的标准加装防雷设施，可以做到“安全可靠、经济合理”。2、高压区独立避雷针问题动力厂变电所高压区防直击雷采用了提前放电避雷针，厂家宣传提前放电避雷针的保护半径可达到80米，由于缺乏相关的资料，现已安装的避雷针保护半径问题建议咨询厂家。如果按80米保护半径计算，该避雷针可以保护变电所全部设施和建筑物。建议在没有确定现有避雷针保护范围的前提下，采用双针保护变电所以加强防护措施，原因有以下几点：依据交流电气装置的过电压保护和绝缘配合的规定，对于35kV及以下的变电所，除了建筑物按第三类建筑防雷设计以外，因其绝缘水平较低，主变及主变构架均为裸露，必须装设独立的避雷针，避雷针安装在主变外3-5米的地方。独立单针滚球法计算公式：当变电所避雷针高20米时，保护8米高的主变构架，按类防雷建筑物保护标准，其保护半径为7.88米。按类防雷建筑物保护标准，其保护半径为14.79米。当避雷针高25米时，保护8米高的主变构架，按类防雷建筑物保护标准，其保护半径为9.18米。按类防雷建筑物保护标准，其保护半径为18.8米。为保证变电所安全运行，建议在风险较大的5个变电所各增加一根避雷针加强其保护措施。17#变电所避雷针的工频接地电阻为15,122变电所避雷针工频接地电阻为12，按土壤电阻率500/m换算成冲击接地电阻值均小于10，接地电阻值因测量季节等原因有可能会偏高，建议雨季前再测量一次，如阻值仍然偏高建议及时整改。3、电源防雷箱连接导线过长问题连接导线是指相线与浪涌涌保护器（SPD）之间的连线，和浪涌保护器（SPD）与总接地端子或保护地线之间的导线。经勘查部分安装的防雷箱引线过长，最长的有7-8米，因为浪涌保护器（SPD）的保护电压越小越好。增加浪涌保护器（SPD）连接导线的长度，会降低浪涌保护器（SPD）过电压保护的效果，尽可能减少浪涌保护器（SPD）所连接导线的长度时可获得最佳过电压保护效果。首级SPD的保护水平Up不应大于6KV，安装在线路上SPD的保护电压实际等于下列计算方法：U=Up+Lolxdi/dtUp：SPD的残压（保护电压）；Lo：引线单位长度的电感，取其值等于1H/m；Lx：SPD引线的长度，相线和地线的总和；di/dt：雷电流陡度（KA/s）配电室建筑物属于第三类防雷建筑物，从室外引入有水管、电力线和信息线。因为是第三类防雷建筑物，雷电流幅值分别为100kA和37.5kA，波头时间分别为10s和0.25s。雷电流按上述分配方式得ii1 = 10023 = 16.67kA和ii2 = 37.5/2/3 = 6.25kA。每个SPD通过的电流为iV1 = 16.673=5.5kA和iV2 = 6.253 =2.1kA。所以，选用I级分类试验的SPD时，其Ipeak5.5kA（10/350s）即可。现场安装防雷箱的Up值为5.6KV，引线长度取3米（实际大于3米），对SPD在其电压保护水平为5.6kV的情况下，引线长度电感为1H/m，电流最大平均陡度为di/dt= 2.1/0.25 = 8.4kAs因此，防雷箱的最大电涌电压（图A、B之间的电压）为UAB=5.6kV+8.43=30.8kV依据建筑物内电子信息系统防雷技术规范第6.5.1条、建筑物电气装置第5部分534.2.9条，连接导线要求总引线长度最好不超过0.5m。建议更改防雷箱的安装位置来减小引线长度，如将防雷箱安装在室内变处或更近一些的地方。4、变电所接地、等电位连接及浪涌保护问题接地装置事故是电力网主要事故之一，它严重地威胁电力系统的安全运行。20世纪80年代以来，我国先后发生了多起接地网事故。这些事故中，由于接地装置不合格，短路电流烧断了接地网，高电压窜入二次回路及操作系统，烧坏电源和保护盘，进而损坏变压器