时间:2023-07-04 16:27:11
导语:在防雷预防措施的撰写旅程中,学习并吸收他人佳作的精髓是一条宝贵的路径,好期刊汇集了九篇优秀范文,愿这些内容能够启发您的创作灵感,引领您探索更多的创作可能。
关键词:雷电;危害;防护措施
前言
雷电是一种大气中的放电现象。大气中的雷云在过程形成中,由于积累了大量的正负电子,当这些正负电子积累到了一定的程度并且发生碰撞后就会发生激烈放电现象。同时,伴有强烈的闪光和轰鸣声。这就是雷电形成的原因。因此,根据雷电的产生和造成危害的特点,可采取必要的预防措施,防止雷电给电力设施设备及人身安全造成危害。
1 雷电的种类及其危害
自然界中雷电按照其危害的方式分有;直击雷、感应雷及雷电侵入波。按其形状分有线型、片型及球型三种。雷电的危害就是雷电的破坏效应;主要有电效应、热效应和机械效应。当雷电发生时会产生数十万甚至数百万的冲击电压,而冲击能迅速击穿电力设施设备的绝缘保护造成电力线路短路而毁坏电力设备。甚至还会引起火灾和爆炸事故的发生。巨大的雷电电流通过导体,在极短的时间内能转换成热能使金属物体迅速熔化,产生火花,火花飞溅引起火灾和爆炸。遭到雷击的物体通过巨大的雷电流,能瞬间产生大量的热量,使物体内部的水分或其他液体迅速气化,以至物体剧烈膨胀而遭到破坏或爆炸。以上雷电发生的破坏是综合出现的,其中以伴有的爆炸和火灾的出现是最为严重的。
2 防雷装置
防雷电伤害的装置主要有;避雷针、避雷线、避雷网、避雷带及避雷器等。完整的避雷置应由接闪器、引下线和接地装置组成。避雷针主要用来保护露天的变配电设备、建筑物和构筑物。避雷线主要用来保护电力线路。避雷网和避雷带主要用来保护建筑物。避雷器主要用来保护电力设施设备。避雷针、避雷线、避雷网及避雷带实际上就是接闪器,是用来接受雷击的金属导体。当发生雷电时,吸引雷电接受雷击放电。接闪器一般是采用圆钢或扁钢制成,所用材料尺寸应符合技术规定的要求。避雷线应采用截面积不小于35平方厘米的镀锌钢绞线。并且接闪器的保护范围可根据模拟试验及运行经验来确定。防雷装置的引下线是连接接闪器与接地装置的金属导体。也是采用圆钢或扁钢制成。接地装置主要是将雷电流通过接闪器及引下线泄入大地。接地装置制作时采用圆钢的最小直径为10mm、扁钢的最小厚度为4mm,最小面积为100平方毫米;角钢的最小厚度为4mm,钢管的最小壁厚为3.5mm。
3 防雷的安全技术措施
3.1 架空线路的防雷措施对于预防雷电的破坏,根据不同对象采取不同的防护措施
架空线路的防雷措施:采用装设避雷线,在架空线路上采用绝缘横担,绝缘子等来提高线路的绝缘能力。在三角形排列的顶线绝缘子上装设保护间隙,当顶线遭到雷击时,间隙被击穿同时对大地泄放雷电流。因为雷击放电,用电线路产生电电弧引发线路短路,使断路器保护跳闸,熄灭电弧。装设自动重合闸装置能在断路器跳闸后,当用电线路正常后自动恢复供电。同时装设避雷器和保护间隙用来保护用电线路的绝缘不被击穿。
3.2 变配电装置的防雷措施
安装避雷针可以用来保护变配电房,使其免遭雷击。避雷针位置应离变配电设施不小于5米的距离,避免雷击的过电流对变压器放电引起短路事故。在变配电装置的高压侧安装阀型避雷器和保护间隙能避免雷击放电时,产生的过电压和过电流沿线路侵入,而损坏变压器及配电设备。同样,在变配电装置的低压侧装设阀型避雷器和保护间隙能防止雷电波的侵入而击穿变配电设备的绝缘。高压阀型避雷器和低压阀型避雷器都是由火花间隙和阀电阻片组成,安装在密封的磁套管内。在正常情况下,火花间隙阻止线路工频电流通过。但雷电过电压的作用下,火花间隙被击穿,而向大地泄放过电流和过电压。氧化锌避雷器是由氧化锌电阻片组装而成的,在正常工作电压下呈绝缘状态,而在雷电的过电压下呈导通状态,同时向大地泄放雷电流。从而有效保护变配电设备的绝缘性能,避免雷电产生的过电压和过电流的破坏。氧化锌避雷器较多地并联在真空开关上,以及还用在输变电设备、变压器、电缆、开关、互感器等的雷击产生的过电压保护,限制载流过电压。保护间隙是最简单实用的防雷设备,常见的有两种角型间隙。保护间隙一般安装在高压熔断器的内侧。这样,在间隙放电时熔断器能迅速熔断,以减少断路器的跳闸,避免大规模停电事故的发生。
3.3 建筑物及人身的防雷措施
在对建筑物安装的防雷装置,设计时应对建筑物的屋顶的实际情况加以分析。以确定最容易遭受雷击的部位,然后在这些地方安装避雷带、避雷网以及避雷针等防雷装置,进行安全防护。雷电发生时对地产生的雷电流和雷电压,都可对人体造成电击。因此,在雷雨天不要在户外工作或停留,以及在野外时不要在空旷的地方、河边、大树、等没有防雷装置的地方停留。避免遭到雷击而发生人身伤害事故。在室内应注意防止雷电侵入波的危害,应关掉电源开关,离开照明线路.电话线路以及电器电源线路等容易被雷击的地方,避免遭到雷电波侵入造成的人身伤害事故。
关键词:雷电;防雷;措施
Abstract: The lightning damage accidents accounted for almost 1/3 or more lines had been tripping accidents. Therefore, the search for more effective line of lightning protection measures around the corner, overhead transmission line lightning protection measures, this paper analyzes the transmission line lightning protection measures and rural lines for lightning protection of some additional protective measures.Key words: lightning; lightning; measures
中图分类号:TM621.5 文献标识码:A文章编号:2095-2104(2012)04-0020-0
一、架空输电线路防雷措施
架空输电线路是电力网及电力系统的重要组成部分。由于它暴露在自然之中,故极易受到外界的影响和损害,其中最主要的一个方面是雷击。架空输电线路所经之处大都为旷野或丘陵、高山,输电线路长,遭遇雷击的机率较大。
架空输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段:输电线路受到雷电过电压的作用:输电线路发生闪络;输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压;线路跳闸,供电中断。针对雷害事故形成的四个阶段,现代输电线路在采取防雷保护措施时,要做到“四道防线”,即;1)防直击,就是使输电线路不受直击雷。2)防闪络,就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络。3)防建弧,就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧。4)防停电,就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应。
1、藕合地埋线。藕合地埋线可起两个作用,一是降低接地电阻,《电力工程高压送电线路设计手册》指出:连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1—2根接地线,并可与下一基塔的杆塔接地装置相连,此时对工频接地电阻值不作要隶_国内外的运行经验证明,它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一。二是起一部分架空地线的作用,既有避雷线的分流作用,又有避雷线的藕合作用。据有的单位的运行经验,在一个20基杆塔的易击段埋设藕合地埋线后,10年中只发生一次雷击故障,有文献介绍可降低跳闸率40%,显著提高线路耐雷水平。
2、装设消雷器。消雷器是一种新型的直击雷防护装置,在国内已有十余年的应用历史,目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套,运行情况良好。虽然对消雷器的机理和理论还存在怀疑和争论,但它确实能消除或减少雷击的事实已被越来越多的人承认与接受。消雷器对接地电阻的要求不严,其保护范围也远比避雷针大。在实际装设时,应认真解决好有关的各个环节中的问题。
3、架设避雷线。架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用:1)分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;2)通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压;3)对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好,而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此,110kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。
同时,为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对边导线的保护角应做得小一些,一般采用20°~30°。220kV及330kV双避雷线线路应做到20°左右,500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线,保护角在15°左右。
二、送电线路防雷措施
1.加强高压送电线路的绝缘水平。高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比,加强零值绝缘子的检测,保证高压送电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。 2.降低杆塔的接地电阻。高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比,根据各基杆塔的土壤电阻率的情况,尽可能地降低杆塔的接地电阻,这是提高高压送电线路耐雷水平的基础,是最经济、有效的手段。 3.根据规程规定:在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段,可以增设耦合地线。由于耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大,并使流经杆塔的雷电流向两侧分流,从而提高高压送电线路的耐雷水平。 4.适当运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时,避雷器就加入分流,保证绝缘子不发生闪络。根据实际运行经验,在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器可达到很好的避雷效果。目前在全国范围已使用一定数量的高压送电线路避雷器,运行反映较好,但由于装设避雷器投资较大,设计中我们只能根据特殊情况少量使用。
5、安装线路避雷器。运用高压送电线路避雷器。由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时,避雷器就加入分流,保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。 线路避雷器一般有两种:一种是无间隙型;避雷器与导线直接连接,它是电站型避雷器的延续,具有吸收冲击能量可靠,无放电时延、串联间隙在正常运行电压和操作电压下不动作,避雷器本体完全处于不带电状态,排除电气老化问题;串联间隙的下电极与上电极(线路导线)呈垂直布置,放电特性稳定且分散性小等优点;另一种是带串联间隙型,避雷器与导线通过空气间隙来连接,只有在雷电流作用时才承受工频电压的作用,具有可靠性高、运行寿命长等优点。一般常用的是带串联间隙型,由于其间隙的隔离作用,避雷器本体部分(装有电阻片的部分)基本上不承担系统运行电压,不必考虑长期运行电压下的老化问题,且本体部分的故障不会对线路的正常运行造成隐患。
三、农村线路防雷的一些额外保护措施 1、架设避雷线。因为农村电压等级一般都是35kv及以下的,线路绝缘相对很弱,装避雷线的效果不大,一般不在全线架设避雷线。但当雷直击于变电站附近的导线时,沿导线传入变电站的侵入波可能会危及到变电站内设备的绝缘。所以农村输电线,必须在靠近变电站的一段进线(1~2m)上加装避雷线,以减少绕击和反击的概率。为了提高避雷线对导线的屏蔽效果,减小绕击率,避雷线对外侧导线的保护角应小一些,一般采用20~30度。 2、安装自动重合闸。由于线路绝缘具有自恢复性能,大多数雷击造成的绝缘闪络在线路跳闸后能够自行消除,因此安装自动重合闸装置对降低农村输电线路的雷击事故率具有较好的效果,这样就尽量减少了雷击跳闸后线路停电的机率。据统计,35kv及以下线路重合闸成功率约为50%—80%。
3、中性点非有效接地方式。我国35kv及以下电网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样雷击引起的大多数单相接地故障可以自动消除,使线路绝缘不发生闪络,防止建弧,从而也就不会跳闸,提高了耐雷水平。为了更好地发挥这种作用,农村输电的铁塔和钢筋混凝土杆宜接地,接地电阻不受限制,但多雷区不宜超过30欧姆。
4、增强线路绝缘。输电线路中个别的跨越大区域输电线路,落雷机会会增多。可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子或增加绝缘子的片数来抑制工频电弧的建立,从而来降低雷击跳闸率。
关键词:雷电 现状防御措施
引言:自《中华人民共和国气象法》颁布实施,气象部门依法履行防雷减灾行政管理职能以来,防雷管理工作进一步加强,防雷政策环境进一步优化,防雷法规规章进一步健全,防雷规范标准进一步完善,雷电监测预警及防雷减灾技术不断走向成熟,防雷减灾的社会效益和经济效益逐步显现,为国民经济建设、社会发展和保障人民生命财产做出了巨大贡献。然而,我国防雷减灾工作还处于发展的初级阶段,仍存在许多问题,如全社会防雷减灾管理意识不强、管理工作经验相对不足、组织管理机构尚不够健全、管理队伍整体素质有待进一步提高、防雷减灾管理的法律法规有待进一步强化等,特别是广大农村地区目前仍存在防雷减灾管理的盲区。
一、农村防雷现状
1、房屋缺少防雷设施
以前农民的住宅大多是瓦房、平房或混合结构的低层楼房,现在越来越多的农村住宅采用水泥预制板做屋顶或楼板,但这些预制板钢筋几乎不做接地处理。由于没有经过正规设计和标准化施工,更没有技术评价和质量检测,农民自行修建住宅时没有安装雷电防护装置;或者在屋顶上安装普通的避雷针,然后随便打桩入地,不测接地电阻的阻值,缺乏合理性和有效性
1.1、农村选择房址时,往往要看“风水”。为了得到一块好的宅基地,往往忽略了雷电灾害,存在侥幸心理,认为自己不会遇上,错误的选在“易击雷区”,增加了遭遇雷击的风险。
1.2、农村房舍多是较低矮的建筑、平房或二层楼房,少有三层以上的楼房。对于低矮房舍,通常不需要安装避雷针。近年来由于农民生活水平提高,建盖了很多新房舍,在这些新房舍中,广泛采用水泥预制板做屋顶或楼板。
2、线路架线不当
农村的电力线路、通讯广播、有线网络线路等几乎都为架空敷设,这些设施毫无防雷装置保护,甚至连最基本的接地(PE)措施都没有。雷电波在空旷的田野闪击后很容易通过这些输电线路、信号线路进入农房室内,给电器设备、人员安全带来严重的隐患。如变压器、家用电表、电话、电脑、有线电视系统被雷击坏现象时有发生,严重的甚至在配电箱内就引起火灾。农村的电视接收天线普遍架设在屋顶上方,高于屋顶5~10 m的位置,村民习惯在屋顶上安装金属蓄水箱、太阳能热水器、空调室外机,由于没有采取有效的防雷措施,一旦发生雷电,极易与金属接闪引感应雷进入住宅室内造成其他设施受损和人员伤亡。
3、农民缺乏防雷意识和必要的防雷常识
农民的防雷减灾意识淡薄,自我防范意识差,许多人连最基本的防雷常识都不了解。遇到雷雨时往往不及时躲避,或直接躲在大树、亭子下避雨。封建迷信在农村较为普遍,一旦遭了雷灾,村民认为是老天报应,经常隐瞒雷击事实,不愿主动报告寻求有效防御措施。有关部门对农村自建房屋缺乏技术支持和现场指导,村民对雷电防护的科学认识有限,因此普遍思想麻痹大意,主动防御雷灾自我保护意识不强。
二、农村雷电防御的几个主要措施
1、加强农村防雷科普宣传力度
据雷电灾害资料统计,由雷电灾害伤亡的大多数是农民,在农村发生的很多雷击事件均因缺乏防雷知识酿成的。目前,对于防雷措施薄弱的农村和缺乏雷电防范知识的农民来说,防雷宣传工作做得还不到位,还有很多需要去完善的方面。气象部门要加强农村雷电防御知识和防雷减灾管理工作的宣传,需要各级地方政府和社会各界的支持和参与,除了利用电视、电子显示屏、农村网络外,还要因地制宜的开展农村集会宣传、墙体平面宣传、免费发放防雷科普文章、防雷知识讲座等多种形式,让防雷减灾常识深入民心,这样才能减少和避免雷击事故的发生,保障农民群众生命财产安全。
2、建筑物自身防雷措施
2.1农村房屋目前防雷状况
目前,农村建房把部分使用立柱、预制屋顶相结合,立柱使用Φ14-20mm的圆钢,屋顶则使用Φ6.6-10mm的圆钢,只是元钢和元钢没有很好的连接,房角和屋檐更没有防雷设施,接地基本没有,有接地的房屋,也只是象征性的把金属夯如地下,至于接地电阻是多少,就成了未知数。
2.2农村房屋防雷措施
农村房屋的防雷,应从直击雷、雷电感应,雷电波侵入,以及综合接地来全盘考虑,也要根据农民盖房的现状经济条件来决定,按照经济、使用的办法。在房屋的屋脊、房檐房屋的凸出部分安装避雷带与房屋的立柱相连,最后通过立柱引出-40×4的扁钢与接地极引上的扁钢焊接在一起,或用螺丝联接在一起,即完成了农舍的简单防雷保护措施。房舍长度小于25 m时,只要1根引下扁钢即可,如果房舍长度超过30 m,最好采用2根引下扁钢,分别在房舍后墙两端引下,接地。有些大牲畜饲养棚、蔬菜大棚、仓库或农村的特殊房舍,常采用有金属板屋顶,或金属构架,或其他金属结构件,对这些金属材料也要做好接地。接好地的金属构件就是防雷保护的屏障,没有接地的金属构件,就是雷电的帮凶和杀手。
3、农村输电线路的防雷保护
3.1输电线路的雷电过电压
雷电过电压的破坏性最大, 通常会造成设备介电强度下降, 敏感设备中的电子器件损坏,保护装置、监控系统误动作, 甚至停机停产。雷电过电压又分为感应雷过电压和直击雷过电压。
3.1.1感应雷过电压
雷击线路附近地面或线路杆塔时由于电磁感应在导线上引起的过电压,称之为感应雷过电压。下面以负雷云为例来简单说明感应雷过电压的形成:在雷电放电的先导阶段,先导通道中充满了负电荷,在先导产生的空间电场E的水平分量作用下导线上感应出异号的电荷(正电荷),即束缚电荷。由于先导发展的速度比较缓慢,导线上束缚电荷聚积也就慢,电流不大。当雷击大地后,主放电开始,先导路径中的电荷被迅速中和,它们所造成的电场迅速消失,束缚电荷变为自由电荷向导线的两侧流动。由于主放电的速度很快,所以导线中电流很大,即形成向导线两侧运动感应过电压波。感应过电压瞬间将线路变成“高压线”,严重威胁人身财产安全。为预防感应雷,应尽量将电缆埋入地下而不是“架空”,同时,添加室内线路防雷设施,安装专门的弱电保护设备等。
3.1.2直击雷过电压
雷直接击于输电线路上,大量雷电流通过输电导线,经输电线路的阻抗接地,在阻抗上产生电压降,使被击点出现很高的电位,被击点对地的电压叫做直击雷过电压。因其电效应,热效应和机械效应等很容易造成线路毁坏和人员伤亡。一般防直击雷是通过避雷针,将雷电吸引到自己身上来,并将其安全导入地中去,从而起到屏蔽作用。
3.2应该采取的措施
沿线路装设避雷线。避雷线防雷电是通过防护对象的制高点向另外制高点或地面接引金属线的防雷电。根据防护对象的不同避雷线分为单根避雷线、双根避雷线或多根避雷线。可根据防护对象的形状和。避雷线一般采用截面积不小于35平方毫米的镀锌钢绞线。它的防护作用等同于在弧垂上每一点者黾一根等高的避雷针。
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本讯最橄的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线,同时还具有以下作用:分流作用,以减小流经杆塔的雷电流,从而降低塔顶电位;通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压;对导线的屏蔽作用还可以降低导线匕的感应过电压。通常来说,线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好。而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此,110kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。
三、结束语
综上所述,若要更有效地保护广大农村不受雷电危害,需要气象防雷机构及有关政府部门积极探索农村防雷减灾的长效机制,建立健全农村防雷的法规和标准,并切实加强农村防雷减灾的组织管理。制定新农村防雷技术规范标准,积极配合各相关部门从源头上做好新农村建设中防雷设计、施工、检测、验收等工作,加快实施新农村防雷示范工程建设,完善农村防雷工作体系,为社会主义新农村建设保驾护航。
参考文献:
【1】石亚宁.浅析雷电灾害的影响以及预防[J].科技情报开发与经济,2008,18(23):156-158.
关键词:配电变压器;雷击;防雷措施;电力系统;电力设备 文献标识码:A
中图分类号:TM403 文章编号:1009-2374(2015)35-0117-03 DOI:10.13535/ki.11-4406/n.2015.35.058
雷电是在强烈的对流天气下,发生于云层间、云层与大地间的短时间的放电现象。云层与大地间的放电容易袭击有一定高度的建筑物、带电设施、人或动物。而在整个供电网络中,容易受到雷电袭击的电力设备中就有配电变压器,并且雷击还会造成大面积的停电事故,给工农业生产和人们的日常生活造成影响。随着电力事业的发展,供电网络面积越来越大,从而配电变压器受到雷击的可能性也相应增加。减少配电变压器遭受雷击的几率,保证电网的安全稳定运行,首先就需要甄别雷击的类型以及形成的过程等,并结合配电变压器的结构与连接方式,综合考虑来筛选具体的防雷措施。
1 雷击给供电网络带来的危害
1.1 雷击的形成
雷雨天云层与大地间的放电,一定概率会选择一定高度的建筑物、电力设备等形成通道,从而产生雷击。一般情况下,一次雷击并不能完全释放雷云中的云电负荷,一般情况下会有3~4次云层放电,甚至更多。雷击主要是有预放电、主放电以及余辉放电三个发展过程。在主放电阶段,放电的时间不到1秒,产生的雷电流强度大,是配电变压器雷击事故的主要原因。三个过程的雷电流变化如图1所示:
1.2 雷击的特征与类型
雷电所产生的电压远远超过日常生活中的电压,其特征表现在以下三个方面:(1)放电速度极快,通常不超过60μs;(2)电流冲击会达到几万甚至是几十万安培,变化的幅度较大;(3)具有高峰值,通常可达到几亿伏特。雷击的这些特点可对供电网络中的配电变压器造成极大的损害。
雷击在产生过程中会带来电效应、热效应以及机械效应,并且这些效应可衍生出变化的电磁场与电磁辐射效应。从化供电局的统计数据显示,近年来发生的配电变压器雷击故障一般有两种类型:直接雷击、感应雷击。直接雷击是带电雷云直接对配电变压器进行放电;感应雷击是发生在直接雷击之后,由静电感应和电磁感应造成的。后者是损坏配电变压器的主要雷击类型。
1.3 雷击对供电网络的危害
供电网络中配电系统的绝缘水平较低,通常没有直接的防雷设备。当雷击中配电系统中的导线时在电磁感应的影响下会出现更高的故障电压对系统造成损害。另外,雷击还会因为电网线路的耦合以及雷电压转移到系统其他电力设施上,从而造成更大的损害。
2 造成配电变压器遭受雷击故障的原因
配电变压器雷击故障一般是因为配电系统在遭受雷击情况下产生的正、逆变换过电压造成的,并且逆变电压带来的事故更多。
2.1 正变换过电压
配电变压器低电压线路遭受雷击时,雷电波从低压线入侵,产生冲击电流,过程如图2所示:
2.2 逆变换过电压
配电变压器高电压线路遭受雷击时,入侵雷电流经过高压线路中避雷器流入大地,雷电流通过接地电阻而产生压降,压降在变压器低压绕组中性点上产生作用,同时还会使三相绕组上的电压上升。并且雷击在低压绕组中产生的磁通,会使高压绕组按线圈匝数比感应出较大的脉电势。这些三相脉冲电势的方向、大小相同。具体的运行过程可如图3所示:
“正、逆变换”过电压主要是因为:(1)没有将配电变压器装设在适当的位置,增加了其遭受雷击的风险;(2)避雷器组在使用之前没有进行试验,而且没有对损坏后的避雷器进行检查替换;(3)避雷器的地线安装没有达到相关标准,导致雷电电流没有彻底泄入大地,加大了损害程度;(4)接地电阻的阻值过大等方面的原因。
3 配电变压器接线方式与雷害间的关系
3.1 在高压侧安装避雷器的接地方式
只在配电变压器高压侧安装避雷器的防雷保护接线有两种形式:第一种是使用避雷器单独接地的形式,如图4所示,在这种接地方式中过电压=避雷器残压Uc+雷电经过接地电阻产生的压降IR,过电压在高压绕组上发生作用。可见这种接地方式可能会损坏配电变压器的绝缘,因此该方式存在明显的不合理性。另一种形式就是三点共同接地,如图5所示。高压侧安装的避雷器接地线、低压侧中性点和变压器金属外壳三点连接共同接地。这种形式较第一种形式虽然降低了高压侧绕组压降的危害,但上述“正、逆变换”过程中产生的过电压依旧存在。
3.2 在双侧安装避雷器的三点一地方式
经过众多的实践经验表明,在配电变压器遇到雷击损坏的同时,低压设备(低压监测仪表、配变监测计量终端等)也会发生损害。所以在配电变压器低压侧也应安装氧化锌避雷器,以对低压绕组上可能出现的过电压进行限制,从而尽可能地降低“正、逆变换过电压”带来的影响,对低压设备和高压绕组进行保护。这种方式能够完善配电变压器的防雷保护,同时操作简易、经济投入不大,适合推广使用。
3.3 变压器高压侧串联电抗器
串联电抗器不但能够降低入侵到变压器绕组的雷电波陡度,从而改善绕组电位分布,而且能够在线路雷电波上产生正反射波,提升电抗器前的雷电压幅度,加快避雷器动作,降低其反应时间,能够有效减少雷电波对变压器产生的直接伤害。因此,可以在配电变压器的低压侧安装氧化锌无间隙避雷器、高压侧串联一组电抗器以及并联一组高压氧化锌避雷器。这种方式能够在大体上限制正、反变换过程中产生的暂态过电压,最大限度地降低雷电带来的伤害,但建设成本相应增加,对实际的配电变压器的防雷工作有一定的参考性。
4 配电变压器的防雷措施
配电变压器的防雷保护措施主要是在变压器的高低压侧安装避雷器以及有效的接地,减少雷电波侵入的风险并降低雷电波入侵带来的危害。因此配电变压器的防雷保护措施可从以下六点入手:
4.1 定期对避雷器进行预防性试验和维护
配电线路运维过程中,加强对避雷器的预防性试验和维修护理,建立相关的数据档案,仔细观察和分析避雷器的工作状态,及时排除隐患,对发生损坏的避雷器要及时地进行更换,并且随时保持避雷器的清洁,注意检查避雷器地线能否正常投入使用,接地电阻符合要求。
4.2 科学地选择避雷器
配电变压器的防雷保护与避雷器的保护性能关系密切。考虑选择良好的非线性、低残压的MOA避雷器,这种避雷器的保护性能明显优于FS型阀式避雷器。现在市面上的避雷器类型多、各自之间的功能差异大,因此对设计、施工安装人员必须要对市面上的一些避雷器的性能有所了解,采购与该线路的额定电压相匹配的避雷器。这是由于线路中的额定电压低于所要安装的避雷器的额定电压时,会使得线路中的电力设备在遭受雷击时无法得到相应的保护。而当线路中的额定电压大于避雷器的额定电压时,即使在正常的电压范围内,避雷器也会因为频繁的动作而造成线路的接地设备跳闸。
4.3 在配电变压器的进线位置安装电抗器
雷电灾害多发的地区,可在配电变压器的进线位置安装电抗器对变压器进行保护。电抗器能够通过进线制作将进线绕成直径为10mm的19~21圈的电感线圈,来降低雷电流的入侵危害。
4.4 减少避雷器和变压器外部间的接地线的长度
接地线的电感电压降UL的计算公式为:
由上述公式可知,若避雷器与变压器之间的接地线过长,那么该接地线的电感电压将相对较大,和避雷器残压共同作用于绕组,从而威胁到主绝缘。所以避雷器与变压器外壳之间的接地线的长度要尽可能缩短,并且尽可能使用直、粗、短的接地线。
4.5 保证避雷器接地线联接的可靠性
导致避雷器不能发挥保护功能,造成变压器损坏的其中一个主要原因是避雷器接地线与接地装置间的接点接触不良。在实际的工作中,对避雷器本身、接地引下线、接地装置联接情况的判断,必须要以避雷器接地电阻的测量为基础。同时还要定期将各个接点拆开,来对接地体进行测试,确保接地电阻满足相关的要求后,再对接点进行除锈处理后重新接好,来保证各接点的接触电阻值保持在最小值。
4.6 采用全面的高压瞬态等电位连接
在配电变压器高压侧装设避雷器,同时在低压侧配电柜内安装避雷器,这样可以有效地防止正、逆变换过电压,特别是在多雷区。在这样的基础上,对配电变压器常态非等电位部位全部实现高压瞬态等电位连接。变压器在遭受雷击时,其所有金属部位电位瞬时同升同降,理论上来说其相互间就没有雷电电流流动。即这种方式能够将正、逆变换过电压控制在一定的范围内,保护变压器不受雷击损坏。
5 结语
配电变压器受到雷击的重要原因是“正、逆变换过电压”,但是在实际的操作过程中,造成“正、逆变换过电压”的原因是多方面的,不仅与避雷器的质量、功能关系密切,同时还与该设施与避雷器之间的距离等因素有着很大的关系。因此这使配电变压器的防雷工作变得复杂起来。由于篇幅和自身能力的限制,本文未能做出全面的阐述,对这一复杂的课题,还需要电力理论研究人员的进一步研究以及电力单位的一线工作人员在实际工作中积累经验,共同完善配电变压器的防雷保护工作,维护电网的安全稳定运行。
参考文献
[1] 杨晓东.雷击种类及其综合防护技术浅析[J].气象与环境学报,2006,22(3).
[2] 徐鹏,李世元,甘鹏,等.雷击配电变压器事故分析及防雷措施研究[J].电瓷避雷器,2011,(4).
[3] 王伟平,刘源,秦文韬,等.配电变压器防雷措施研究[J].电瓷避雷器,2011,(5).
[4] 刘才.浅析配电变压器的防雷与接地保护[J].通讯世界,2015,(5).
[5] 郭向军.配电网过电压在线监测系统的设计与开发
[D].华北电力大学,2005.
【关键词】建筑物;防雷接地系统;措施
0.引言
雷电会引起建筑物的损坏和人员伤亡,并且还会对电力设备造成危害。雷电的破坏作用有很多种综合来将可以将其分为两种:一种是直击在建筑物上造成建筑上对建筑物造成损害。一种是雷电产生静电感应作用以及电波的侵入对建筑物造成损害。因为当雷电击到建筑上时候容易产生电效应和热效应,从而把金属熔化是物体在强大的机械力作用下产生爆炸。因而对建筑物的防雷接地措施进行分析和探讨是非常必要的。
1.防雷接地系统分析
一般说来,接地系统有很多种主要包括:机房防雷接地系统、建筑物防雷接地系统、设备保护接地系统。在实际中,人们出于不同的防雷目的,对接地系统的功能和要求也会有所不同。因此,接地防雷系统在实际应用中会有不同的构成部分。通常情况下防雷接地系统主要有三部分构成:接闪器、引下线和接地装置,以下对其进行简要分析。
1.1防雷接闪器
防雷接闪器是建筑物防雷体系中最为主要的一个环节,防雷接闪器主要防止雷电对建筑物的直击。接闪器在具体工作中一旦遇到打雷现象,就会将雷电中的电流吸引到接闪器中,并且通过接闪器与地面的连接装置将电流排泄到大地,使建筑物有效地避免了雷电的直击,以此来保护建筑物和周围居民的安全。
接闪器一般安装在建筑物的顶部,接闪器的种类根据建筑物的规模和用途也有不同的种类,如避雷针、避雷带和避雷网等。这些设备一般都是由金属制作而成,所以在使用过程中应该做好防止其腐朽的保护工作。如果建筑物的避雷设备采用的是避雷带则应该在机房的顶部安装一根圆钢,然后在这根钢的周围每个1.5米用焊条固定在建筑物上,避免避雷带的松弛而给居民带来伤害。
1.2引下线
引下线是防雷系统的导体部分,引下线的主要作用是用来连接接地装置和接闪器,然后把接闪器上的电流引入接地装置。在实际应用中,引下线可以利用建筑物本身的金属构件或建筑物本身的钢筋;也有可以人工单独安装接下线,最好采用明装的方法,从而可以引起人们的注意。引下线一般都应该安装2根,通常情况下引下线可以与机房里的钢筋柱子连接在一起。
1.3接地装置
在防雷体系中接地装置主要指的是埋在地下的起接地电流排泄作用的金属体。接地装置中的两个重要组成部分是:接地线和接地体。接地体可以采用水平也可以采用垂直方向布置的方法,在一些建筑物种因为一些接地系统可以共用,因而各个建筑物的接地体也有不规则布置的现象发生。业内人士经常将防雷系统分开布置是因为单独使用可以很好地将接地器与机房具体连接,从而起到很好的防雷效果。此外,接地系统还可以分为直接接地系统、不直接接地系统和不接地系统,具体采用哪一个系统要根据建筑物的周围环境来定。
2.建筑物防雷接地措施的应用分析
2.1过压保护
建筑物的防雷接地系统中一般都会在变压器上装置避雷器,而且还会在侧面配备相应的过压涌保护器,这样可以对建筑物起到很好的保护作用。另外,防雷接地系统一定安装好地线,所以在建筑物的施工阶段应该将地线的电阻控制在2欧以下,并且采用深埋的方法这样才能起到很好的避雷效果,同时避免了排泄处出来的电流对地面上的人员造成伤害的可能性。
2.2消防控制
在建筑物的防雷接地系统中等位线的连接都是利用导线将不同的节点联系起来,最终达到与消防设施连接的目的,这样可以保证防雷设备发挥其防雷功能。因此在建筑物的施工中可以将弱电机房设置成为防雷网,然后再在防雷网上安装避雷针,这样使地网与避雷针很好地连接起来,确保防雷措施万无一失。
2.3防侧击雷
为了防止侧击雷对建筑物的损坏,应该在防雷接地系统中设置均压环。均压环就是在建筑物的周围安装水平的避雷带,在普通的建筑物种均压带的一般采用铜线制作而成,并且装置在机房外墙的1米处,这样可以方便设备与接地线相连接。
3.建筑防雷接地措施分析
3.1外部防御措施分析
外部防御措施主要有以下几个方面:第一,避雷针。建筑物上的避雷针要采用镀锡的钢焊接而成,在实际应用中应该确保其与接下线充分连接。第二,避雷带。如果建筑物有女儿墙或有容易受到雷击的屋角则应该在建筑物上装置避雷带,避雷带在装置过程中应该设置成截面大于48毫米的网格,网格要与接下线连接。第三,除了要防止雷电的直击外,还要防止侧击。因此,在容易受到侧击的建筑物上装置均压环,防止建筑物的各个电位相同而出现电位差对建筑物造成危害。第四,避雷引下线。避雷引下线本身质量的好坏直接关系到建筑物的防雷程度,在建筑物的设计中要利用墙内钢筋作为引下线,从而保证建筑物的每个部分都可以与接地装置相联系。此外,在建筑物的施工中还应该保证有足够小的接地电阻与避雷引下线相连接,如果避雷线的直径小于16毫米则必须装置一组避雷引下线,确保避雷引下线与接地装置连接良好。
3.2内部防御措施分析
内部防御主要包括雷电感应、雷电波侵入和雷击脉冲等。通常采取的措施有屏蔽隔离、等电位线连接与隔离、安装电涌保护器。
首先,防雷电感应的措施分析。在防雷系统中,计算机网络、监控系统和消防系统是联系在一起的并且都与等电位箱相联系。因而在等电位箱的内部设置金属外壳、电缆桥等,这样使等电位箱与接地装置连接。
其次,防雷波侵入的措施分析。进入建筑物系统内部系统应该尽量采用隐藏敷设的形式,将进入室内的消防管道、各种金属保护管和金属防护层都采用接地线与等电位箱相连接。并且架空线应该避免与避雷器、金属管和其他金属器物连接。
再次,防雷击电磁脉冲的措施分析。雷击电磁脉冲通过信号传输的方式在屏蔽器、均压的传导下,干扰避雷设备的正常工作,因此在装置这些设置的时候要采用隐蔽的方式防止雷击电磁脉冲对这些设置带来干扰。
最后,电涌保护措施分析。电涌保护主要做好电源线路的的保护因此电源线路中各级电路在安装的时候应该装置在保护设备的前端,并且保证前端与后端都与电源箱相连接,控制电源线的长度在0.5米左右。
4.结语
建筑物的防雷接地系统要装置好避雷针和引下线。同时做好防雷电感应、防雷波侵入、防雷击电磁脉冲的措施和电涌保护,从而提高建筑物的防雷性能。
【参考文献】
[1]沈明.浅析高层建筑的防雷接地技术 [J]. 科技创新导报 .2010(09).
关键词:机械密封;腐蚀失效;防护方法
机械密封是靠一对或数对垂直于轴作相对滑动的端面在流体压力和补偿机构的弹力(或磁力)作用下保持贴合并配以辅助密封而达到阻漏的轴封装置。机械密封出现损坏的情况较多,常见的损坏形式主要有腐蚀损坏、热损坏和机械损坏。其中腐蚀损坏危害性较大,由于机械密封特殊的结构形式及工作环境和条件不同,腐蚀损坏的形态也多种多样。
1 机械密封的优缺点
机械密封又称端面密封,是旋转轴用动密封。因机械密封性能可靠,泄露量小,使用寿命长,功耗低,毋须经常维修,且能适应于生产过程自动化和高温、低温、高压、真空、高速以及各种强腐蚀性介质、含固体颗粒介质等苛刻工况的密封要求,故机械密封在化工、石油化工、炼油、医药、国防等工业部门中以获得广泛的应用。
机械密封与软填料密封比较,有如下优点:①机械密封可靠,在长周期的运行中,密封状态很稳定,泄漏量很小,按粗略统计,其泄漏量一般仅为软填料密封的1/100;②机械密封使用寿命长,在油、水类介质中一般可达1~2年或更长时间,在化工介质中机械密封通常也能达半年以上;③摩擦功率消耗小,机械密封的摩擦功率仅为软填料密封的10%~50%;④轴或轴套基本上不受摩损;⑤维修周期长,端面磨损后可自动补偿,一般情况下,毋需经常性的维修;⑥抗振性好,对旋转轴的振动、偏摆以及轴对密封腔的偏斜不敏感;⑦适用范围广,机械密封能用于低温、高温、真空、高压、不同转速,以及各种腐蚀性介质和含磨粒介质等的密封。但其缺点有:①机械密封结构较复杂,对制造加工要求高;②机械密封安装与更换比较麻烦,并要求工人有一定的安装技术水平;③发生偶然性事故时,机械密封处理较困难;④机械密封一次性投资高。
2 机械密封的腐蚀类型
2.1金属环腐蚀 第一,表面均匀腐蚀。如果金属环表面接触腐蚀介质,而金属本身又不耐腐蚀,就会产生表面腐蚀,其现象是泄漏、早期磨损、破坏、发声等。第二,应力腐蚀破裂。金属在腐蚀和拉应力的同时作用下,首先在薄弱区产生裂缝,进而向纵深发展,产生破裂,称为应力腐蚀破裂,选用堆焊硬质合金及铸铁、碳化钨、碳化钛等密封环,容易出现应力腐蚀破裂。密封环裂纹一般是径向发散型的,可以是一条或多条。这些裂缝沟通了整个密封端面,加速了端面的磨损,使泄漏量增加。
2.2非金属环腐蚀 第一,石墨环腐蚀。用树脂浸渍的不透性石墨环,它的腐蚀有三个原因:一是当端面过热,温度大于180℃时,浸渍的树脂要折离石墨环,使环耐磨性下降;二是浸渍的树脂若选择不当,就会在介质中发生化学变化,也使耐磨性下降;三是树脂浸渍深度不够,当磨去浸渍层后,耐磨性下降。所以密封冷却系统的建立,选择耐蚀的浸渍树脂,采用高压浸渍,增加浸渍深度是非常必要的。第二,石墨环的氧化。在氧化性的介质中,端面在干摩擦或冷却不良时,产生350~40℃的温度能使石墨环与氧发生反应,产生co2气体,可使端面变粗糙,甚至破裂。非金属环在化学介质和应力的同时作用下,也会破裂。第三,聚四氟乙烯(f4)密封环的腐蚀。f4填充如玻璃纤维、石墨粉、金属粉等以提高其耐温性、耐磨性。填充f4环的腐蚀主要是指填充的选择性腐蚀、溶出或变质破坏。例如在氢氟酸中,玻璃纤维分子热腐蚀,所以填充何物应视具体情况而定。
2.3 辅助密封圈及其接触部位的腐蚀 (1)辅助密封圈的腐蚀。橡胶种类不同,其耐蚀性亦不同。由于橡胶的腐蚀、老化,其失效的橡胶遭腐蚀后表面变粗糙且失去弹性,容易断裂。橡胶耐油性因品种而异,不耐油的橡胶易胀大、摩擦力增大,浮动性不好,使密封失效。橡胶与f4耐温性差,硅橡胶耐温性最好,可在200℃使用。(2)与辅助密封圈接触部位的腐蚀。机械密封动环、轴套、静环、静环座,与橡胶或f4辅助密封圈接触处没有大的相对运动,该处液相对静止易形成死角,给与之接触的金属轴套、动环、静环座及密封体等造成了特种腐蚀,主要有缝隙腐蚀、摩振腐蚀、接触腐蚀,三种腐蚀同时存在,交替进行,所以腐蚀面较宽、较深。观察其表面深度在1-1.5倍密封圈直径,蚀度不小于0.01mm时,密封泄漏就严重了。
3 防护方法
3.1 选材 设计者最清楚产品或零件的用途、位置及所处环境,因此设计者在进行结构设计时应选择适合的材料,同时对产品或工件的表面涂层进行设计,在图纸上提出相应的表面处理方法及技术要求。当然,这要求设计人员必须对不同材料或不同涂层、镀层的防腐蚀性能、适用场合、工艺性及经济性等熟悉。比如,容易发生点蚀的工件可选用耐点蚀的合金材料,或对表面进行钝化处理,提高材料的稳定性;为防止缝隙腐蚀或电偶腐蚀的发生,可在接合面上涂上油漆,避免缝隙部位金属裸露或避免不同金属的直接接触。过去推土机的管夹都是普通薄板制作,两三年就可能严重锈蚀,对软管失去固定作用,导致软管与其它零件发生摩擦磨损,最终导致液压系统漏油。采用不锈钢材料后,寿命增加,避免了类似问题的发生。
3.2 结构设计 工程机械产品在整体布置上要考虑防止腐蚀介质的积聚,尽量避免封闭区域,或保持封闭系统通风和排水良好,如考虑整车的通风、散热,发动机尾气排放要通过净化、降温等;在外形设计上注意防护,避免积存水汽和尘土。注意外露件的保护,电器件与接头布置在内侧,或加防护罩壳。整车外露易腐蚀和易进水的部位设防尘罩。零部件设计时考虑其均匀腐蚀,选择一种或几种组合防腐方式。
[关键词]临界击距暴露弧输电防雷对策
1引言
“雷电”影响在输电线路故障跳闸次数中占70%~90%,给电力系统带来了大量的麻烦并且造成了巨大损失。虽然发达国家在上世纪初已提出并研究“雷电先导放电临界击距和暴露弧”这一理念与机理,我国在解放后也开始了研究,然而,这一知识大多只在科研单位和超高压、特高压输电相关单位部分专业人员中掌握和应用。更甚者是由于教学单位及教科书的相对传统与滞后性,目前相关大学教材中仍相当部分未编入这个课题,知道这一理念的人不多。目前在实际应用中仍然没有引起广泛、高度的重视,在一般高压输电和配电线路中几乎没有应用,致使输电和配电线路雷电伤害问题仍然没有较根本性地得到改进和完善。随着温室效应的发展,全球气候不断升高,年雷暴日、雷暴次数和雷电强度也不断提升,同时随着经济社会的快速发展,输电线路长度也在快速增加,准确把握雷电对输电线路的伤害原因,“对症下药”,有针对性地采取相应防护措施,最大限度地避免和减少雷电对输电线路伤害造成的损失,在工业化、自动化、现代化进程日益加快,对供电安全可靠稳定要求日益提高的今天及将来,具有十分重要现实意义。
2传统观念和防范方式的不足
《福建省近年110~220kV线路雷击跳闸情况统计与地形参数分析报告》(以下简称《报告》)对福建省2000年~2005年六年间的110kV线路106次、220kV线路154次雷击跳闸事件中塔型、故障的相位、杆塔的地理位置等资料进行统计分析。《报告》按照以往的一般经验,确定“反击性闪络故障判断原则”:将三相、两相同时闪络的雷击故障归结为反击性闪络故障,同时在反击性的单相闪络中,大致认为左、中、右三相均等,而单纯性中相闪络也归结为反击性闪络,且左、右两相的单纯性闪络中分别有与中相闪络一样次数归结为反击性闪络。
《报告》主要相关结论如下。
在110kV雷击故障中。单回水平或三角排列的,约有三分之二是反击性故障,而约三分之一是绕击性故障。双回垂直、鼓形排列的,绕击率在50%~60%。说明同杆双回线路的绕击性雷击故障占到一半以上。
在220kV雷击跳闸事件中。单回水平或三角分布的,约有五分之四是反击性故障,而五分之一是绕击性故障。双回垂直分布的绕击率在60%~70%。说明同杆双回线路的绕击性雷击故障占到三分之二甚至更高比例。
无论是110kV还是220kV杆塔在平地位置的发生反击的概率较高;在山头、山脊、半山腰、山坡等位置的发生绕击的概率比较高。
以往,我们通常认为雷电对电力系统的危害绝大多数是由“云――地”之间的线状雷所造成,且“在一定半径范围内雷电打击基本上是打击在较高点”,并由此来研究设置防范雷电对电力线路的危害,其主要措施是线路杆塔上端避雷针和导线上方的线路避雷线。
以上实践证明,传统的线路防雷措施,在一定程度上发挥了作用,但无法有效地保护线路导线及绝缘子免受雷电伤害,对于有效受风侧面面积(暴露面)大的导线垂直和鼓形排列方式就更加明显,尤其是杆塔在山头、山脊、半山腰、山坡、山谷间以及其间河道傍等受风频繁且风速较大、风速变化大的位置时特别显著。由此不能不使我们对关于雷电对输线路所造成伤害的传统观念重新思考,并探讨其它原因以及研究采取相应防范对策。
3雷电先导放电临界击距及暴露弧与击中物的关系
雷云中电荷密集处的电强度达到2500~3000kV/km时,将首先出现向下放电,这种放电称为先导放电。先导中心的线电荷密度约为(0.1~1)*10-3C/m,先导的电晕半径约为0.6~6m。它犹如一个向下伸展的电荷囊,相应先导发展时的电流约为100A。当先导接近地面时,地面较突出的部分会开始迎着它发出向上的放电,这种放电称为迎面先导。迎面先导可以是一个,也可以有几个。当迎面先导的一个与下行的一支相遇时,就会产生强烈的中和效应,出现极大的电流(数十到数百千安培),并伴随着雷鸣和闪光,这就是雷云放电的主放电阶段。先导放电首先由地面发生并向上发展到雷云的上行雷,一般是在当地面有较高耸的空出物时,不论雷云极性的正负都可能发生。
由雷云向地面发展的先导放电通道头部到达距被击物体临界击穿距离(简称击距)的位置以前,击中点是不确定的。而对某个物体先达到其相应的击距时,即对该物体放电。击距同雷电流的幅值有关,且与雷电的极性、被击点的电位有关。并非我们以往所认为的“在一定半径范围内雷电打击基本上是打击在较高点”。由于土地的综合利用要求,必须保证线路下方适度的林木种植、生长,建筑需要,以及大跨度跨越需要,目前,输电线路杆塔高度都很高(30m以上,甚至100m以上),导线上工作电压幅值很大,比较容易由导线上产生向上先导。
中国电力科学研究院开发的基于电气几何原理的避雷线屏蔽性能研究程序中采用了IEEEstd1234-1997,推荐了击距公式:
rs=10Ⅰ0.65
[3.6+1.7ln(43-yc)]Ⅰ0.65 (yc
rg=
5.5Ⅰ0.65 (yc≥40m)
rc=1.63(5.015Ⅰ0.578-Uph)1.125
以上式中I-雷电流,kA;rs-雷电对避雷线的击距,m;rg-雷电对大地的击距,m;yc-导线平均高度,m;rc-雷电对其上有工作电压的导线的击距,m;Uph-导线上工作电压瞬时值,MV。
我们把杆塔的塔身、头部、横担等与架空地线连接的地电位部分视同地线电位。经计算,得出如下表:
先导雷电流值 rs rg (20m) rs-rg (20m) rg (30m) rs-rg (30m) rg (>=40m) rs-rg (>=40m)
100A 2.23 m 2.00 m 0.23 m 1.78 m 0.45 m 1.23 m 1.00 m
接上表右
110kVrc(+) rs-110kVrc(+) 110kVrc(-) rs -110kV rc(-) 220kV rc(+) rs -220kV rc(+) 220kV rc(-) rs -220kV rc(-)
2.05 m 0.18 m 2.43 m -0.20m 1.87 m 0.36 m 2.62 m -0.39 m
离地面20~40m时,rg只有1.23~2.0m, rs只有2.23m,这就说明了为什么雷电先向较高耸突出物放电。而一般rs与 rc两者相差不大,在0.5m以内。如图4.1左侧,改进前的一般线路避雷线rs所形成包络弧无法覆盖、包络导线及绝缘子的rc所形成暴露弧,只在导线横担上部;杆塔金属部件特别是横担端部的rs所形成包络弧与rc所形成暴露弧相互交叉较多。
雷电弧及其通道不是纯金属线性的,而是具有一定半径的电荷通道囊,即使不使输电线路因过电压而发生故障,也可能因电荷通道囊跨接输电线路的导、地线间,再叠加上导、地线间本来已有的工频电场,而造成线路单相(导地线间)、多相(两相或三相导线间、且可能同时加上地线)空气击穿而短路。特别是在杆塔处绝缘子串、导线与塔身间空间距离较小部分,尤其在此处的两端又是工频电场极不均匀且强度最大处,最易在此处激发放电,形成击穿建立电弧,并导致短路,引发线路跳闸,最严重者使导线及金具、绝缘子严重损坏,同样将在这些环节引发短路并造成破坏。
如此,也就说明了为什么传统的输电线路导线上方的杆塔避雷针、避雷线无法有效地保护线路导线及绝缘子免受雷电伤害,对于有效侧面受风面积大的导线垂直和鼓形排列方式更加明显,尤其是杆塔在山头、山脊、半山腰、山坡、山谷间以及其间河道傍等受风频繁且风速较大、风速变化大的位置时特别显著。相对于绕过上方避雷针、线而打击下方导线及相关部分的“绕击”而言,将由侧面而来的雷电打击称为“侧击”更为贴切。
4输电线路防雷措施的改进与完善对策探寻
4.1减小保护角直至采用负保护角
传统的“保护角”系指避雷线和边相导线的连线与经过避雷线的铅垂线之间的夹角,其保护目的主要是保护导线不被“云―地”雷打击,不但没有把绝缘子串纳入保护范围,对导线也仍有一定的“绕击”率,更何况无法对由侧面击来的“侧击”雷起到保护作用。减小保护角直至采用适当的负保护角,如图1右侧延长上端地线横担,使地线比导线更为“突出”,将其rs的中心往外移,扩大了上部包络、覆盖面积,不但可减少“绕击”,提高对“云―地”雷的保护,还将绝缘子串纳入保护范围,且可起到对“侧击”雷打击的保护作用。
4.2改变塔头结构,增大导线间及其对构架部件间的空气间距
在不改变杆身、基础的情况下尽可能适度改变塔头结构,扩大导线间、导地线间、导线对杆塔构件间的净空距离,尽可能减少建弧率,且边际成本不大,增加投资不多。
4.3 杆塔横担末端装设防“侧击”避雷针
人的脑部和心脏是最重要的部位和器官,一旦受到打击最容易被伤害且难以或无法康复,甚至是致命,故而古代将士们都将其做为重点保护对象,戴上厚实坚固的头盔和护心镜。同样绝缘子是输电线路防雷的重点环节和部位,一旦受到打击最容易受到伤害且难以或无法恢复,也应重点保护。可与杆塔上端的避雷针和导线上方的避雷线防范来自上方的“云―地”雷直接打击同理,如图1右侧所示,在横担端部的外侧向装设“防侧击避雷针”,将杆塔金属构件特别是横担端部产生的rs的中心往外移,使rs所形成的包络弧最大限度地包络、覆盖rc所形成暴露弧,扩大了其包络、覆盖面积,将导线、绝缘子串、相关金具及杆塔空气间隙纳入保护范围,可起到对“侧击”雷打击的保护作用。
4.4 装设线路避雷器
设置雷电快速释放通道。在易受雷击且较为重要的区段及修复较为困难的杆塔,如大跨越或高塔杆塔等安装线路避雷器,目前的氧化锌线路避雷器性能稳定可靠,能较好地发挥释放雷电过电压的作用,有效地保护线路绝缘子和导线不被雷电电弧损坏。
4.5 加强线路绝缘
增加绝缘子串中的片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间距,可提高线路的耐雷水平、降低建弧率。此举可同时提高线路的防污闪水平,起到一石二鸟、一箭双雕之效。过去,曾一度认为提高线路的绝缘水平,可能导致对电站设备的严重不良影响。过去电站设备造价相对线路设备来说可以说是“昂贵”且耐过电压能力较差,电网对供电可靠性要求又不是很高,线路设备相对造价较低且易于修复,所以,采取降低线路绝缘水平牺牲线路而保电站的做法。然而,除了靠近电站段导入的外,在线路上导入的雷电过电压波经过线路上较长距离的衰减,到电站处已变得较弱,且随着避雷器技术的提高,电站母线及线路侧避雷器已能稳定、安全、可靠地削减电网内部过电压和拦截雷电过电压波,电站设备因电网内部过电压及雷电波侵入造成损坏的情况已几乎不再发生;同时,随着对供电可靠性要求的提高,线路的安全可靠运行日益重要,提高线路的绝缘和耐雷水平已成为可能和必要。
4.6 在导线下方装设架空耦合地线或架设复合地线光缆
因耦合地线具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数的作用,在架空输电线路导线下方加设耦合地线,能提高线路的耐雷水平和降低雷击跳闸率。因架空耦合地线处在低处并可较松驰架设,对杆塔的机械荷载增加不多,并不须增加造价。况且,为确保自动化及远方监控等的需要,每个变电站都需要有通讯传输,光纤通讯已成为我供电企业主要通讯方式和通道,利用架空输电线路通道杆塔加挂通讯光缆,光缆悬挂在钢绞线上,或使用OPGW复合地线光缆,将钢绞线或复合地线与杆塔有效电气联接,就可起到耦合地线的作用,可谓一举两得。
4.7 绝缘子串的首末端使用大直径绝缘子
绝缘子串就尤如处在两侧“棒―棒”的极不均匀电场中,如在绝缘子串的首末端使用大直径绝缘子,尤如在绝缘子串两侧设置两个“屏障”阻碍工频及雷电压在两侧电极叠加产生的电晕放电电荷形成的带电粒子的运动,减缓前行速度,并调整空间电荷分布,使绝缘子串所处电场较为均匀,不易击穿,减少建弧率。此举与装设均压环具有殊途同归之妙。如图2在合成绝缘子串导线端安装均压环,而在横担地端安装大外径绝缘子。实践证明,在众多的因雷击损坏的绝缘子串中,大多数是靠近两端的一至三片被烧损,第一片烧损最为严重、最多,且是靠近横担侧的比例为多。所以此方法非但能减少建弧率,对于雷电压较强确实无法避免击穿时,也可起到“丢卒保车”或是“李代桃僵”的功效,两端绝缘子损坏而中间串不致损坏,特别是对外径较小且一体性的合成绝缘子串来说,效果将会更好――若强电场引发建弧,电弧烧、灼损端部大外径绝缘子(李或卒),而价值较高的一体性的合成绝缘子(桃或车)免受损害。且若端部大外径绝缘子使用自爆式玻璃绝缘子,在受强电弧烧、灼损伤时自爆,非常容易发现,便于故障点的查找;或者在端部使用“可拆换大外径硅橡胶合成绝缘片”,既可起到“屏障”作用,又可在强电场引发建弧,电弧烧、灼损后只更换“可拆换大外径硅橡胶合成绝缘片”,而不需整根合成绝缘子更换。
图2
5结束语
本文并不是对传统的观念以及相关防雷措施的否定,只是提出了其不足,并重点引入 “击距理论”,探索性地提出相应的补充和完善措施。
参考文献:
[1] 福建省近年110-220kV线路雷击跳闸情况统计与地形参数分析报告.
塔尔寺位于青藏高原的青海省东部湟中县鲁沙尔镇之南隅,其周围群山环抱,平均海拨高度2678米,见图1所示。塔尔寺藏语意译为“十万身像弥勒洲”,因藏传佛教格鲁派创始人宗喀巴诞生地而蜚声海内外,是藏传佛教格鲁派六大丛林(甘丹寺、哲蚌寺、色拉寺、扎什伦布寺、拉卜楞寺、塔尔寺)之一。历史文化内涵涉及宗教、建筑、历史、文物、文献、法律、教育、民俗、工艺、天文、历算、美学、礼俗等,具有突出的、极高的、丰富的历史价值和科学价值、艺术价值,其壁画、堆绣、酥油花具有诱人的魅力和古为今用的创新价值,称该寺的“艺术三绝”。其建筑风格体现了典型的藏传佛教寺院建筑风格和建筑功能,是祖国珍贵的宗教文化遗产。1961年3月4日,国务院公布的第一批全国重点文物保护单位,2012年被评为国家AAAAA级景区。塔尔寺历史悠久,经过了多次的修缮、建设,才有了今日的规模。其主要建筑有大金瓦殿、弥勒佛殿、遍知殿、大经堂、文殊菩萨殿、祈寿殿、护法神殿、密宗学院、医明学院、时轮学院、达赖、班禅行宫、大厨房、善逝八塔、四门塔、主要活佛宅邸等。全景见图2所示。
1塔尔寺建筑物的防雷现状及所在地的雷暴特征
1.1塔尔寺建筑物的防雷现状
经现场勘察,塔尔寺古建筑物除大金瓦殿、小金瓦殿有简易的防雷接地设施(工艺粗糙,且接地电阻远大于技术标准规定的值)之外,其余32座各类殿堂(塔)、35处活佛府邸、216户僧舍均无任何防雷安全保护措施。2011年前没有塔尔寺古建筑遭受雷击的记载资料。但近年来,由于受气候变化的影响,所在地理位置的特殊,塔尔寺始终处在随时可能遭受雷击的威胁之中。
1.2塔尔寺所在地的雷暴特征
塔尔寺所处地形三面环山、中间低平,周围有三条沟谷,主要建筑物就坐落在沟谷两侧台地及斜坡上,土壤电阻率变化较大,而且是青海主要雷暴路径之一,雷暴经过塔尔寺上空时移动速度缓慢,很容易遭受雷电侵袭。同时根据《青海省地面气候资料三十年整编》(1971~2000年)和青海省雷电灾害防御中心统计的2001~2009年雷电资料资料表明:1960~2009年湟中县年雷暴日数最多为64天(1967年),最少为23天(2005年),年平均40.6天/d,属强雷区(图3)。1997~2010年塔尔寺所在地湟中县共发生雷电灾害的起数为16起(《全国雷电灾害汇编》1997年-2010年),造成3人死亡2人受伤,办公电子电器设备受损14件,家用电子电器设备受损24件,雷灾事故共造成直接经济损失约300多万元。另据2008~2011年青海省气象部门闪电定位观测的资料显示,2008~2011年湟中县年闪电日数在47~71天,四年当中湟中县闪电日数最多71天(2011年),最少47天(2009年),并成明显上升趋势,见图4所示。
2塔尔寺古建筑单元雷击灾害风险评估
根据《雷电防护第2部分:风险管理》规定的计算方法,对塔尔寺25个古建筑单元进行了雷击风险评估计算,结果25个单元的人身伤亡损失风险和服务设施损失风险总量都超过技术标准规定的最大允许值。表1是部分重点单元的雷击风险评估结果,从中可以看出遭受雷击后造成人员伤亡和服务设施损失的风险较大。
3对塔尔寺古建筑实施雷电防护的思路和方法
为切实做好塔尔寺古建筑物雷电防护安全工作,避免或减少雷电灾害造成的损失,保障建筑物和人身安全,应遵循“安全第一、预防为主、重点防护、综合治理”的原则。在不损坏原有建筑结构、外貌、风格的基础上,科学设计、科学施工、严格管理。使该项工作的实施为塔尔寺古建筑及文物保护发挥作用,最大程度上预防和减少雷电灾害发生的几率,最终使雷电灾害的损失降低在最小程度,保护好塔尔寺的建筑、文物及僧侣和游客的生命安全。
3.1技术标准依据
1)《建筑物防雷设计规范》GB50054-97(2010)。2)《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB50343-2012。3)《古建筑木结构维护与加固技术规范》GB50165-92。4)《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》GB50601-2010。5)《雷电防护第2部分:风险管理》GB/T21714.2-2008/IEC62305-2:2006。
3.2雷电防护思路
首先在勘察分析塔尔寺古建筑防雷现状和雷害途径的基础上,划分不同单元进行雷击灾害风险评估;再根据风险评估的结果和现代雷电防护理论,采取从内部防护和外部防护相结合的综合防护措施。尽量做到设计科学、技术先进、安全可靠、经济合理。外部防护采用雷暴路径上提前拦截、二次接闪、引下、接地泄流等措施。通过在塔尔寺雷暴路径上安装一定高度的避雷针来提前接闪拦截,再由建筑物天面安装的避雷带进行二次接闪,从而有效预防和减少塔尔寺建筑物遭受直接雷击。内部防雷采用屏蔽、合理布线、等电位连接、电源和其他进出建筑物的线路上安装电涌保护器等方法,预防和减少感应雷、雷电波侵入造成的危害[1]。
3.2实施方法
1)在主要雷暴移动路径山顶处根据需要,安装一定数量和高度的避雷针,用于雷暴来临时提前拦截,要求避雷针的接地电阻小于10Ω。图5为仿生树避雷针效果图,针体与塔尔寺风貌融为一体[2]。2)个别殿堂原有避雷设施继续利用,损坏部分修复,接地电阻达不到要求的整改接地网。无防雷设施的殿堂、僧舍新增加符合有关技术标准要求的防雷设施进行保护。工艺要求符合技术规范要求,不得损坏或改变建筑原有风貌[2]。如接闪带与屋面部位固定均采用弧形或方形卡子固定,不打钉钻孔,遇到转角、吻兽、装饰等起伏突变位置每隔0.5m固定一次。支架形状需根据古建筑屋面瓦型和特殊部位要求定制,支架安装位置准确,并能承受一定的垂直拉力,支架与屋面瓦固定处采用金属顶丝加缓冲垫片,防止瓦片破碎。引下线布置在墙体上时,用专用支架固定,在柱子上时用抱箍固定,地面上2.7m至地面下0.3m的部分采用耐100kV的绝缘保护管隔离,间距符合技术规范要求。为了避免大面积开挖地坪,接地装置采用每根引下线处安装1~2根长度为3m的高效防腐离子接地棒做垂直接地极,钻孔埋置,水平接地极采用紫铜带或镀锌扁钢埋置。3)所有进出建筑物的各类线缆埋地穿管引入建筑物,并在进入建筑物出加装符合技术规范要求的电源和信号电涌保护器(SPD),电涌保护器应安装在专用配电箱内。各类金属管道、构件等做好等电位连接[3],并与接地装置做好连接。4)室外监控设备必须布设防直击雷装置,一般加装符合技术规范要求的避雷短针。图5塔尔寺避雷针效果图Fig.5EffectpictureofthelightningrodforTearLamasery
3.3保障措施
1)由国内在古建筑防雷方面有丰富实践经验的甲级设计单位来承担设计,保证设计方案科学、先进,外观要求和塔尔寺古建筑风格保持一致。2)接地材料使用高科技防雷接地材料,如接地模块、离子接地棒等,降低在高土壤电阻率地区达到低电阻的难度,同时避免大面积开挖地坪。屋面接闪材料和引下线、固定卡等材料用紫铜,增加防腐能力。3)甲级资质的专业防雷施工队伍施工,并由具有资质的防雷检测和防雷工程质量监督部门进行严格的施工监督和阶段检测验收,发现问题及时整改。4)工程完工,进行防雷总体专项验收,保证施工质量达到《建筑物防雷工程施工与质量验收规范》的要求。5)规范管理,保证施工安全。
4结论
关键词:矿山 地质灾害 滑坡 崩塌 泥石流 矿山地质灾害的防治措施
0 引言
我国是地质灾害的多发国家之一,地质灾害种类多、分布广、影响大、造成损失严重。矿山地质灾害是地质灾害的一个分支,是人类开采矿山而直接诱发的人为地质灾害。我国是采矿大国,开采技术和设备相对落后,导致矿山开采环境不断恶化。近年来,重大地质灾害明显上升。
1 矿业开发与地质灾害
经济的快速发展加快了对矿物的需求与消耗,这也为矿产开采企业带来更大的发展机会。然而由于迅猛发展的中小型矿山疏于管理,加之小型矿山的开采方法和选矿工艺落后,大多无环保措施,加剧破坏矿区环境。开采环境明显恶化,矿山地质灾害问题日趋严重,潜在的致灾隐患不断增多,且随时可能发展成灾,造成人员伤亡、设备报废、设施损毁甚至矿井关闭、资源浪费等严重后果。严重制约了社会经济的可持续发展。
2 矿山地质灾害的主要类型
矿山地质灾害种类繁多,按成灾与时间的关系,可分为突发性矿山地质灾害(如矿坑突水、瓦斯爆炸、岩爆等)和缓发性矿山地质灾害(如采空区的地面变形、环境污染等)。但最常见的是以灾害的空间分布和成因关系分类。
2.1 岩土体变形灾害
2.1.1 矿山地面和采空区塌陷 地面塌陷主要发生在地下以井巷开采的矿山。在矿山采空区,若保留矿柱不足,或因矿柱受损而失去支撑能力,就会造成地面塌陷。特别是那些矿体埋藏较浅,产状较平缓的矿区(如煤矿),地面塌陷的现象更为常见。矿体埋藏相对较深的地下开采矿山,如果不能及时回填和崩落采空区,当其达到一定规模就会产生大面积塌陷。此外,在岩溶分布区,还会因矿山排水疏干而导致溶洞上方地面塌陷。地面塌陷不仅破坏可耕地资源、建筑物,毁坏道路、水库,还可直接导致矿山某些地下巷道的塌毁,或使大气降水和地表水沿塌陷裂缝灌入坑内,造成淹井事故,直至停工停产。
2.1.2 采矿场边坡失稳、滑坡与岩崩 主要原因是不合理开采如采剥失调、边坡角度过陡等造成,这种灾害多发生在露天开采的非金属矿山和建材矿山。
2.1.3 坑内岩爆 坑内岩爆又称矿山冲击,这是因矿坑周边和顶底板围岩,在受到强大的地壳应力作用而被强烈压缩,一旦因采掘挖空出现自由面,即有可能产生岩石地应力的骤然释放,导致岩石大量破裂成碎块,并向坑内大量喷射、爆散,给矿山带来危害和灾难。
2.1.4 采矿诱发地震 因采矿活动而诱发的地震,震源浅、危害大,小震级的地震即可导致井下和地表的严重破环。
2.1.5 场库失稳 场库失稳主要是由于尾矿坝溃决崩塌继而形成泥石流造成的危害。尾矿坝崩坝事故常给矿区居民生命财产带来巨大危害,同时也给环境造成巨大破坏和污染。
2.2 地下水位改变引起的灾害
2.2.1 矿坑突水涌水 这是最常见的矿山灾害,突发性强、规模大,后果严重。生产过程中常因对矿坑涌水量估计不足,采掘过程中打穿老窿,贯穿透水断层,骤遇蓄水溶洞或暗河,导致地下水或地面水大量涌入,造成井巷被淹、人员伤亡灾难。
2.2.2 坑内溃沙涌泥 这是常与矿坑突水相伴而生的灾害。当采掘过程中骤遇蓄水溶洞,常见溶洞中充填的泥沙和岩屑伴随地下水一起涌入,另外一些透水断层和地裂缝也常会使浅部第四纪沉积物随下漏的地表径流涌入坑内。其结果是使坑道被泥沙阻塞,机器、人员被泥沙所埋,严重时甚至会使矿山遭受毁灭性的打击。
2.2.3 环境污染 环境污染是矿山灾害的另一种重要形式。因采矿、选矿产生的“三废”物质,由于未经有效处理就被排放到江河湖海中,造成环境污染公害事件。采矿还会造成水土流失、土地砂化、盐渍化、地下水断流等。
2.3 矿体内因引起的灾害
2.3.1 瓦斯爆炸和矿坑火灾 这种灾害最常见于煤矿。由于通风不良,使瓦斯积聚发生爆炸,造成井下作业人员伤亡,矿井被毁;矿坑火灾除见于煤矿外,也见于一些硫化矿床。因硫化物氧化生热,在热量聚积到一定程度时则发生自燃,引发矿山火灾。矿山火灾的危害极大,而且还严重损耗地下矿产资源,如有的煤矿在地下已燃烧上百年,其资源损耗量十分巨大,使当地气候发生改变,农作物和树木大量死亡,田地荒芜,环境严重恶化。
2.3.2 地热 随着开采深度加大,地热危害不断加剧。我国已有许多矿山开采深度达到800m以下,矿山因含硫量高,开采深度又大,地温非常高。矿山地热灾害导致矿工劳动环境恶劣,严重影响了有关矿山的正常生产。
3 矿山地质灾害的防治措施
根据不同矿山的地质条件和地形特点及矿山的开发利用方案,以及灾点的分布特点划分不同层次的防治区,以便采取相应的防治措施。一般分为重点防治区、次重点防治区和一般防治区。
3.1 重点防治区防治措施
3.1.1 合理设计边坡参数,加强边坡监测,建议作挡墙稳固边坡,开挖后如果出现开裂变形,建议做专门的工程地质勘察。
3.1.2 对于原有的灾害点,做好边坡加固和预防工作,尽量消除因矿山开采而诱发灾害复发的隐患。
3.1.3 渣场弃渣严格作好方量及边坡坡度的设计,作好挡墙设计,设置拦渣坝,防止泥石流的产生。并充分、合理利用渣场,严禁随意弃渣(特别在公路沿线) 。
3.1.4 对于坑道开采,在坑道内一定要作好支护,做到边开采边支护,防止因矿顶坍塌、冒顶等而产生的危害,尤其上方有住户处要预防引起上部地面开裂。
3.1.5 作好坑道的排水设计,以防因矿坑涌水造成危害。
3.1.6 设置监测点,作好监测记录与分析工作,确保在易于发生灾害地段防患于未然。
3.1.7 开采结束后,对矿区进行统一规划,计划进行矿山复垦工作,恢复矿山生态功能。
3.2 次重点防治区防治措施 在进场公路、矿山生活区建设中,会形成大量的边坡和一定数量的弃渣,可能形成边坡失稳,造成滑坡和塌方;沿途不合理的弃渣可能造成水土流失,可能形成坡面泥石流, 可能有滚石和飞石危害。
3.2.1 科学合理设计边坡参数,并进行合理支护和加固,边坡上方应设置排水沟,做好地表挡排水措施。
3.2.2 加强工地管理,合理堆放弃渣,严禁随意弃渣;在险要地段建设拦挡滚石和飞石的设施:
3.2.3 开采结束后,将弃渣场扒平覆土,植树还林,恢复植被。
3.3 一般防治区防治措施 区内无主要建筑物和工程项目建设,主要可能因地表岩体的破碎而造成水土流失。应严禁越界开采,减少人为扰动,做好植被保护和水土保持。
3.4 地质环境恢复方案及措施 为防止水土流失和恢复植被和景观,矿山须规划进行矿山复垦工作,以恢复矿山生态功能。开采弃渣切勿胡乱堆放,必须统一堆放到开采境界线以外的矿山弃渣场内,在开采过程中,有计划地将弃渣回填到采空区。弃渣场经处理后再敷表土、植草种树。
通过上述地质环境恢复工作,减少水土流失,恢复矿山的生态功能,达到生态恢复与维护人类与环境和谐的目的。
4 结束语
合理有效地利用资源、保护矿山环境、加强监测与信息化管理、防止矿山地质灾害、实现矿业的可持续发展,是一个长期而重要的工作。
参考文献
[1]虎维岳.废弃矿山引起的环境地质灾害.
[2]何继善.防灾减灾的理论与实践.
[3]潘懋,李铁锋.灾害地质学.