热电厂雷电灾害风险评估

书书书 防雷技术 金雯晴 1984 女 从事防雷减灾研究工 作 热电厂雷电灾害风险评估 金雯晴1 王涪德2 陈晓东3 1 海盐县气象局 浙江 海盐314300 2 东莞市防雷设施检测所 广东 东莞523000 3 云南省楚雄州气象局 云南 楚雄675000 摘要 雷电灾害风险评估是防雷设计之前最重要的环节 从风险理论入手 简 单介绍了风险 风险评估 自然灾害风险评估等概念 建立了一个较清晰的风险评 估框架体系 针对热电厂的特殊结构 简化风险评估模型 用 IEC 62305 2 雷电 灾害风险评估的评估方法对其进行雷击风险评估 结果显示 雷击风险主要是来 自雷击建筑物及其相连线路造成的物理损害所引起的 需要在入户的架空电缆等 设施上安装浪涌保护器 使热电厂达到高效防雷的目的 关键词 雷击 灾害 风险评估 热电厂 浪涌保护器 中图分类号 TU 856文献标志码 B文章编号 1674 8417 2012 01 0001 06 王涪德 1983 男 从事防雷与电磁兼容工作 陈晓东 1983 男 从事防雷与电磁兼容工作 0引言 雷电作为一种大气放电现象 虽然放电时间 短 但在放电时能产生数万至数十万 V 冲击电 压 放电电流可达几十到几十万 A 电弧温度也 可达几千 以上 对建筑群中高耸的建筑物及尖 形物 空旷区内孤立物体及特别潮湿的建筑物 屋顶内金属结构的建筑物及露天放置的金属设 备等有很大的威胁 因此 依法防雷 科学防雷 建立防雷安全保障体系 减少雷电危害 已成为 社会经济发展的要求 防雷减灾工作的开展 实 行预防为主 防治结合的方针 而要使防雷工作切 实有效地进行 首先要明确雷电防护的必要性 在 防雷工程实施之前对防护对象进行防护等级的划 分 以进行合适的防雷设计 并且有必要对已完成 的防雷工程进行效果评估 这些工作的前提是对 被保护建筑物进行雷电灾害的风险评估 进而实 施合理的雷电防护 因此 雷电灾害风险评估是 十分有意义且相当重要的一项工作 1雷电灾害风险评估概述 关于风险 风险评估的一些概念 存在着许 多模糊不清的观点 为更好地进行雷电灾害风险 评估的研究 首先就风险的相关概念进行讨论 对深刻认识雷电灾害评估有很大的帮助 1 1风险 风险既是一个日常用语 也是一个重要的科 学术语 按韦伯字典中的定义 风险是 面临着 危害或损失的可能性 可理解为 不利事件发生 的可能性 1 无论是作为个体 还是各种社会 团体中的一员 人们总是面对着各种风险 有些 风险是自愿承担的 有些则是被迫的 通常 从 定性的角度了解风险比从定量的角度会更全面 一些 尽管 风险 已被一些权威人士定义为 单 位费用负担在单位时间内发生的概率 2 但概 率风险并不能替代风险 风险本质是不利后果 的动力学特性 风险系统可以用一些状态方程来 研究 前提是只要能找到这样的状态方程 1 防雷技术 1 2风险评估 认识风险评估的概念 首先要掌握风险分 析 风险评价与风险评估的关系 所谓风险分 析 就是充分利用人类对各致灾因子已有的研究 成果 及人类对承灾体和有关社会系统积累的知 识 对一定区域 工程项目等可能遭受风险的程 度进行可能性意义下的量化分析 3 风险分析 的目的是要描述或掌握一个系统的某些状态 以 便进行风险管理 减小或控制风险 风险评估是 指为了评估风险而对特定风险做评价与估算的 一个过程 风险评价部分旨在回答 怎样才算安 全 即确定社会所能承受的灾情 要进行风险估算 首先要确认与分析者或委 托人利益相关的一些因素或变量 4 然后按步骤 着手分析导致特定的风险变量出现的成因系统 进行与关键变量有关的个人 团体和区域的比较 分析及与变量有关的影响分析 以确定风险区域 和人口 风险评估是认识和评价风险的有效方 法 也是风险控制和风险管理的前提和基础 1 3自然灾害风险评估 自然灾害风险评估是指通过风险分析的手 段或观察外表法 对尚未发生的自然灾害致灾因 子强度 受灾程度进行评估和估计 5 自然灾害 风险评估是灾害学量化分析中必不可少的部分 其目的是对研究地区未来自然灾害风险给出微 观或宏观的估计 从事该项工作的理论依据是 自然灾害风险分析基本原理 开展工作的条件 是人们对致灾因子 承灾体脆弱性 损失分析等 已有一定的研究基础 进行自然灾害风险评估 的主要数学方法有概率统计和模糊集理论 致 灾因子 承灾体 社会经济体系三者组成了自然 灾害系统 1 4雷电灾害风险评估 雷电灾害风险评估统筹指导防雷设计的各 个方面 既要科学防雷 又要全面防雷 所谓科 学防雷 是指评估具体项目是否需要防雷 如何 设防 投资到何种程度 全面防雷即在建筑防雷 必须做好的基础上 对于设备的防雷做到什么程 度 采取哪些针对性的措施 这些都应全面考虑 评估要求越精确 方法就越复杂 工程实施就越 难 难以在理论性和工程性 精确性和实用性之 间找到平衡 近年来 防雷技术界在防雷方案评选和雷击 风险评估方面采用深化和实用化并行 工程上则 一直在寻求实际可行的防雷方案评选和简化的 雷击风险评估方法 同时 雷电灾害风险评估要 遵循一定的决策过程 2热电厂雷击环境分析 某热电厂地处长三角地区空旷带 根据该地 区气象局近 10 年的雷暴资料统计 2 12 月该地 区均有雷暴日 年平均雷暴日为 36 7 d 该地区 夏季主导风为东南风 雷暴的移动路径主要为由 东向西 属于雷暴多发区 且无一定的规律 雷 暴活动在 7 8 月最活跃 强度较大 在 3 9 月 较为频繁 根据近 10 年各月最大风速资料统 计 该地区各月平均风速都在 5 m s 以上 风速 最大可达 31 m s 该地区的土质结构是黏土 因 其紧邻滁河 土壤湿润 土质良好 经测试土壤电 阻率为数十 m 该热电厂主厂区电力等设施 分布较密集 几乎所有地方都属于防雷保护区 3评估模式简化 由于国内外没有专门针对热电厂 变电站的 雷电灾害风险评估方法 将热电厂 变电站的一 些情况作适当处理 按 IEC 62305 2 雷电灾害风 险评估方法对该电厂进行初步的雷电灾害风险 评估 1 厂区主要建筑采用钢筋混凝土结构 主 要构筑物为露天的大型变电设备 架空电力电 缆 电缆桥架 金属油罐及管道 高大烟囱 冷却 塔等 建 构筑物的等效截收面积近似等同于热 电厂主厂区的等效截收面积 长 Lb为 150 m 宽 Wb为 22 m 高 Hb为 11 m 厂房外面主要为草 坪地面 2 厂区内通常有1 000人 但在危险主厂区 粗略统计为 nt 200 人 每人每年停留在危险主 厂区的时间为 t 2 160 h 扣除离开时间 t 约为 2 000 h 3 该地区土壤电阻率取季节系数调整后 的较大值 80 m 4 该地区年平均雷暴日为 Td 36 7 d a 按南京地区雷暴日统计数据 5 厂区内有各种消防设备 且有专业消防 2 防雷技术 队 可供统一调动 6 厂区对外有2 路110 kV 架空电力电缆 32 路 35 kV 电力电缆分两个桥架架设 1 路 6 kV 架空电力电缆 9 路 6 kV 电力电缆 分两个桥架 架设 另外 还有多条电话线 多条通信电缆 1 条光缆 全部埋地敷设 4IEC 62305 2 雷电灾害风险评估方法 IEC 62305 2 雷电灾害风险评估方法的适用范 围是雷击大地对建筑物 包括其服务设施 造成损 害的风险的评估 7 遵照 IEC 62305 2 中提出的 方法 对该热电厂可能遭受雷击概率的风险进行 评估 以此来确定该热电厂的雷电保护系统 Lightning Protection System LPS 和线路上浪涌保 护器 Surge Protection Device SPD 的安装要求 4 1IEC 62305 2 定义的损失类型及成因 1 雷电造成的各种损害包括雷击建筑物 雷击建筑物附近 雷击服务设施 雷击服务设施 附近 2 雷击损害类型包括生物伤害 物理损 害 电气和电子失效 3 雷击损失类型 建筑物中的损失类型 包括人员生命损失 公众服务损失 文化遗产损 失 经济损失 建筑物及其内存物的损失 服务 设施中的损失类型包括公众服务的损失 经济损 失 服务设施以及活动中断的损失 应业主要求 评估人员生命损失风险 R1 RA RB RU RV 计算后将 R1与风险容许值 RT 10 5比较 选择能减轻该风险的保护措施 4 2有关的数据及特性 建筑物本身及其环境的数据和特性如表 1 所示 电气系统及有关的入户电力线路的数据 和特性如表 2 所示 电子系统及有关的入户通 信线路的数据和特性如表 3 所示 表 1建筑物的数据及特性 参数数值说明 尺寸 Lb Wb Hb m150 22 11 位置因子 Cd1孤立 位于空旷地带 雷电保护系统 PB0 01钢筋混凝土框架 建筑物边界的屏蔽 KS1 1 建筑物内部的屏蔽 KS21 雷击大地密度 Ng km2 a 1 3 67 建筑物中的人员 nt200户外和室内 表 2电气系统及有关的入户电力线路的数据和特性 参数数值说明 长度 Lc P m1 000 高度 Hc P m 8架空 变压器 Ct P 0 2双绕组变压器 线路位置因子 Cd P 0 25被更高的对象或树木所包围 线路环境因子 Ce P 0 5郊区 线路屏蔽 PLD1 内部合理布线 KS3 1 内部系统的耐受能力 KS4 kV0 6Uw 2 5 配合的 SPD 保护 PSPD 1 线路 a 端建筑物的尺寸 La Wa Ha m 3 防雷技术 表 3电子系统及有关的入户通信线路的数据和特性 参数数值说明 土壤电阻率 m 80 长度 Lc T m 1 000 高度 Hc T m 埋地 线路位置因子 Cd T 0 25被更高的对象或树木所包围 线路环境因子 Ce T 0 5郊区 线路屏蔽 PLD 1 内部合理布线 KS31 设备耐受电压 KS4 kV1Uw 1 5 配合的 SPD 保护 PSPD 1 线路 a 端建筑物的尺寸 La Wa Ha m 4 3区域划分及其特性 将建筑群看成一个整体考虑 因此定义以下 主要区域 Z1 厂房外 和 Z2 厂房内 区域 Z1的 特性在表4 中给出 区域 Z2的特性在表5 中给出 在防雷设计人员进行评价以后 分区域考虑 潜在地处于危险情况的人员数目与建筑物内的 总人数之比时 与风险 R1有关的年平均损失相 对量的典型平均值简化为 Lt 10 2 户外 L t 10 4 户内 L f 5 10 2 工业建筑 4 4相关量的计算 相关量的计算如表 6 表 7 所示 表 4区域 Z1的特性 参数数值说明 地表类型 ra 10 2 草坪 触电保护 PA 10 1 警示牌 接触和跨步电压造成的损失 Lt 10 2 有 区域中潜在地处于危险情况的人员40 表 5区域 Z2的特性 参数数值说明 地板类型 ru 10 5 油漆 火灾风险 rf 10 1 高 特殊伤害 h2对周围或环境造成危害 火灾防护 rp 0 2专业求援队伍 空间屏蔽 KS21 内部电力系统 有 连接到低压电力线路 内部电话系统 有 连接到电信线路 接触和跨步电压造成的损失 Lt 与 R1有关 10 4 有 物理损害造成的损失 Lf 与 R1有关 5 10 2 有 内部系统失效造成的损失 LO 与 R1有关 区域中潜在地处于危险情况的人员160 4 防雷技术 表 6建筑物和线路的截收面积 面积符号截收面积的计算公式数据来源数值 m2 Ad雷击建筑物 Ad LbWb 6Hb Lb Wb 3Hb 2 表 11 79 104 Al P 雷击电力线路 Al P Lc P 3 Ha Hb 6Hc P 表 2 4 64 104 Ai P 雷击电力线路附近 Ai P 1 000 Lc P 表 2 106 Al T 雷击通信线路 Al T Lc T 3 Ha Hb 槡p表 38 61 103 Ai T 雷击通信线路附近 Ai T 25 Lc T 槡p表 32 23 105 表 7预期的危险事件年均次数 符号闪击次数的计算公式数据来源数值 次 a ND雷击建筑物 ND NgAdCd 10 6 表 1 表 66 57 10 2 NL P 雷击电力线路 NL P Ng Al P Cd P Ct P 10 6 表 1 表 2 表 68 5 10 3 Ni P 雷击电力线路附近 Ni P Ng Ai P Ct P Ce P 10 6 表 1 表 2 表 63 67 10 1 NL T 雷击通信线路 NL T Ng Al T Cd T 10 6 表 1 表 3 表 67 9 10 3 Ni T 雷击通信线路附近 Ni T Ng Ai T Ce T 10 6 表 1 表 3 表 64 1 10 1 4 5用于决定保护需要的风险 各个区域所涉及的风险风量及其计算结果 如表 8 所示 无 SPD 措施时 取 PV PU PSPD PLD 从 计算结果中得出结论 因 R1 3 48 10 5高于容 限值 10 5 需对建筑物进行防雷保护 4 6保护措施的选择 表 9 给出了各区域风险分量 R1的组成 表 8各个区域所涉及的风险分量及其计算结果 分量符号计算分量的公式Z1Z2建筑物 RA雷击建筑物造成人员伤害 RA NDPAraLt 6 57 10 7 6 57 10 7 RB雷击建筑物造成物理损害 RB NDPBrPhrfLf 1 31 10 6 1 31 10 6 RU P 雷击电力线路造成触电事故 RU NL NDa PUrULt 8 5 10 12 8 5 10 12 RV P 雷击电力线路造成物理损害 RV NL NDa PVrPhrfLf 1 7 10 5 1 7 10 5 RU T 雷击通信线路造成触电事故 RU NL NDa PUrULt 7 9 10 12 7 9 10 12 RV T 雷击通信线路造成物理损害 RV NL NDa PVrPhrfLf 1 58 10 5 1 58 10 5 合计R1 RA RB RU P RV P RU T RV T 6 57 10 7 3 41 10 5 3 48 10 5 表 9各个区域的风险分量 R1的组成部分 数值 10 5 分量符号计算分量的公式Z1Z2建筑物 RDRD RA RB RC0 065 70 130 787 RIRI RM RU RV RW RZ03 283 28 合计 0 065 73 413 48 RSRS RA RU0 065 7 0 0 065 7 RFRF RB RV03 413 41 RORO RM RC RW000 合计 0 065 73 413 48 该风险分量组合结果表明 建筑物的风险主 要是雷击建筑物或相连线路在区域 Z2中造成的 物理损害所引起的 占总风险的 98 区域 Z2 的主要贡献因子为 分量 RB占 3 8 RV P 占 48 9 RV T 占 45 4 为把风险降低到容限值以下 可采取以下保 护措施 用符合 IEC 62305 2 要求的 保护级别为 级的 LPS 对建筑物进行保护 则 PU PSPD 0 03 PB 0 2 这样就降低了分量 RV 采取保护 措施后风险 R1值如表 10 所示 5 防雷技术 表 10采取保护措施后的风险 R1值 数值 10 5 分量符号计算分量的公式Z1Z2建筑物 RARA NDPAraLt0 065 7 0 065 7 RBRB NDPBrPhrfLf 0 026 20 026 2 RU P RU NL NDa PUrULt 0 255 10 7 0 255 10 7 RV P RV NL NDa PVrPhrfLf 0 0510 051 RU T RU NL NDa PUrULt 0 237 10 7 0 237 10 7 RV T RV NL NDa PVrPhrfLf 0 047 40 047 4 合计R1 RA RB RU P RV P RU T RV T 0 065 70 150 22 Lightning Risk Evaluation on Thermal Power Plant JIN Wenqing1 WANG Fude2 CHEN Xiaodong3 1 Haiyan Weather Bureau Haiyan 314300 China 2 Dongguan Detection of Lightning Protection Equipment Institute Dongguan 523000 China 3 Chuxiong Weather Bureau Chuxiong 675000 China Abstract The risk evaluation work of lightning is the most important procedure of the lightning prevention work Starting from the risk theory the concept of risk risk evaluation and risk evaluation for natural disasters were intro duced A specific framework for risk evaluation was established Then aiming at the special structure of thermal power plant the evaluation model was simplified and the evaluation work using the method in IEC 62305 2 risk evaluation for lightning disaster were done The results showed that the lightning risk is mainly attributed to the physical damage in the main building and the circuit caused by lightning Thus we should install surge protection device on aerial cable con necting to indoor space to achieve the purpose of efficient lightning prevention work for thermal power plant Key words lightning harm prevention risk evaluation thermal power plant surge protective device SPD 可看出 采取保护措施后 R1 0 22 10 5 低于容限值 10 5 是合理且经济的 5结语 雷电灾害风险评估是防雷设计中最重要的 一环