小型电站的防雷接地改造尝试

刘 洪

【摘 要】 水电站接地网接地电阻超标影响了电站的防雷和运行安全，需要进行降阻和防雷改造。本文着重从应用角度阐述了小型水电站接地网接地电阻降阻和综合防雷改造。

【关键词】 接地网 接地电阻 降阻 防雷保护 隔离

前言

某小型水电站自主技术升级后，雷雨季节监控设备时有受损现象，影响正常运行。对其接地网接地电阻进行测量，阻值为23.5欧姆，明显超过设计允许值15欧姆，对此该电站非常重视，决定进行改造。

1. 超标原因与存在问题

经实地勘察该电站地处山区，土质多为红粘土和砾石混合，呈硬塑状且不甚均匀。地形较狭窄，地网敷设不充分，低压设备和电子设备缺乏防雷保护。

2. 改造思路

经过讨论沟通，一致同意对该站接地网进行降阻、对二次监控加防雷保护、加装隔离抑制的思路。

3. 改造方案

接地的实质是控制故障点地电位的升高。

1、接地网降阻 地网的接地电阻主要由接地体及连接材料的自身电阻、接地体与周围土壤的接触电阻以及入地电流在土壤的扩散电阻构成，其中接触电阻和扩散电阻是接地电阻的主要部分，占接地电阻的98%以上。采用CDM系列接地模块为主接地体，该模块的主体材料与土壤的物理结构相似，与土壤结合为一体，与土壤的有效接触面积比金属接地体大许多倍，增大了接地体的有效散流面积，极大降低接地体与土壤的接触电阻，能显著提高接地效率，减少地网占用土地面积。

接地模块自身有很强的吸湿保湿能力，周围的土壤易保持湿润，保证有效导电作用；导电特性不受干湿度、温度等的影响，接地电阻受季节影响小，阻值能保持长期稳定。

接地模块的非金属材料是电阻率相差巨大的金属与土壤之间形成一个变化比较平缓的低电阻区域，当大电流冲击时，可降低接地体、接地线暂态电位梯度，降低跨步电压和接触电压，减少地电位反击的概率。

在原有接地网四角垂直敷设四个接地模块，利用有限的空地用接地模块和扁钢新敷设一小面积接地网与原有接地网并联。

2、二次监控加防雷保护 该站一级保护完备，主要加装二、三级保护，电源浪涌保护器在雷电流还未进入设备之前，用防雷器件引雷入地。主要用于保护电气电子设备免受雷电电磁脉冲感应电压、操作瞬态和谐振（＜100µs）过电压的影响，具有响应时间特别快，残压低，及时脱扣等特点，并且阻燃级别达到V-0级，最大程度上杜绝火灾发生，起到安全防护作用。

用浪涌保护器（也称防雷器）通过分级泄放的方法，将巨大的雷击能量逐步充分泄放到大地达到分级防护。第一级防雷器（第一级保护），对于有可能发生直接雷击的地方，对直接雷击电流进行泄放，或者对线路遭受直接雷击时传导的巨大能量进行泄放。防止浪涌电压直接从LPZ0区传导进入LPZ1区，将数万至数十万伏的浪涌电压限制到2500—3000V。

第二级防雷器（第二级保护）是针对前级防雷器的残余电压以及区内感应雷击的防护设备，对于前级发生较大雷击能量吸收时，仍有一部分对设备或第三级防雷器而言是相当巨大传导过来的能量，和经过第一级防雷器的传输线路也会感应雷击电磁脉冲辐射LEMP，进一步吸收，进一步对雷击能量实施泄放。对供电入口处剩余浪涌能量进行更完善的吸收，抑制瞬态过电压。进一步将通过第一级防雷器的残余浪涌电压的值限制到1500—2000V，对LPZ1—LPZ2实施等电位连接。

第三级防雷器（第三级保护）是对LEMP和通过第二级防雷器的残余雷击能量进行保护。串联限压型电源防雷器保护电子信息设备，将残余浪涌电压的值降低到1000V以内，是保护设备的最终手段。

3、隔离抑制 接地隔离器是一种隔离式接地装置，由接地隔离抑制器与多种接地汇流排组成的组合式接地装置，在保护地和工作地上串入接地隔离抑制器，降低了入地雷电浪涌对接地设备反击电压；降低沿电源供电回路入侵的雷电脉冲在被保护设备上的对地压降。在系统最容易引入雷电电涌脉冲的电源线路和设备接地线路两个端口分别串联通道隔离防护技术装置和隔离防护技术装置和隔离分组接地技术装置。利用隔离抑制器对雷电电涌脉冲的高阻抗特性，强制雷电涌脉冲通过泄放单元泄放进接地装置，同时隔离抑制接地装置防止高地电位反击进入被保护系统，从而可以使被保护系统对接地的接地电阻值可以放宽。

4. 施工

1、施工现场土质以回填士为主,故此施工方案按土壤电阻率500欧/米计算(实际土壤电阻率以现场实测为准), 挖出宽深600mm*700mm的沟槽, 将沟槽底部洒一些水，使土壤湿润。将搅拌好的碳素降阻剂敷于接地沟槽内，便于金属导体的周围包括下面都可以比较均匀地被降阻剂包裹。

2、方形接地模块采用500mm*400mm*60mm,连接方式采用并联方式,用镀锌扁钢(4*40)作为汇集线与接地模块的金属极芯焊接。焊接必须符合工艺规定要求,且除去焊渣做防腐处理。若环境不允许焊接,可采用螺栓连接,但应保证接触良好、牢固。

3、将方形接地模块垂直放入坑内, 按间隔3m的间距平放埋置方式施工,然后用40mm*4mm的镀锌扁钢将各模块焊接起来,留出连接极,以便于和连接装置连接,用40mm*4mm的镀锌扁钢连接到楼体外的接地箱,与接地箱內的由机房內接出的25mm²的铜导线连接, ,各焊点要涂防锈漆或沥青。

4、将碳素降阻剂倒入坑内,以接地模块下面的接地极全部包裹为准,然后将降阻剂均匀的倒入沟槽,把沟槽内连接各接地模块的扁钢包裹起来,形成深度不低于200mm的包裏体,为便于形成包裹体,建议在沟槽的两边用长木板挡起来,然后往里倒降阻剂,比较容易形成包裹体。

5、降阻剂敷设后，往沟槽和各坑回填细土,回填细土的高度略高于地面。要每填一层就夯实一层。细士回填以后,用水分多次慢慢地往细土上淋撒,以利于降阻剂充分吸水而形成包裹体与连接扁钢的充分接触,也有利于降阻剂、接地模块与周围士壤的充分接触以形成较大的通流面。填土后一般在经过一周沉降，接地电阻可以达到稳定的效果，可以测量接地电阻。

5. 改造效果

改造后，该站接地网接地电阻经实测降为9.9欧姆，浪涌保护器有“避雷器”或“过电压保护器”的作用，以ZnO为主要成分的金属氧化物半导体非线性电阻把窜入电力线、信号传输线的瞬时过电压限制在设备或系统所能承受的电压范围内，或将强大的雷电流泄流入地，保护设备或系统不受冲击而损坏。

小 结

接地模块和降阻剂配合使用能有效降低高土壤电阻率地区接地网接地电阻。对雷电流采取先泄后堵、泄堵并用的综合防雷法。被防护设备的所有对外连接线都加装防雷器件，防雷器件的残压小于被保护设备的安全电压。浪涌保护器含有浪涌阻绝装置的可以有效地吸收突发的巨大能量，保护连接设备免于受损；能在极短的时间内导通分流，避免浪涌对回路中其他设备的损害。接地隔离器起到了一定的隔离作用。

参考文献

1.解广润 电力系统接地技术﹝M﹞北京，水利电力出版社，1985。

2.曾艳 浅析变电站防雷接地的问题﹝j﹞.中国科技纵横，2011（10）

3.邱晓英 浅谈变电站的防雷保护﹝j﹞.中国西部科技，2011（2）