水电站预防雷击火灾事故发生的方案和措施
发布时间：2012-2-5 点击：2781
在我国，水电站已成为各大电网的主要电源，发挥着发电、防洪、航运、供水等综合利用效益，在国民经济建设中起着越来越重要的作用。但由于水电站自然条件复杂，设备与线路内在联系紧密，一旦发生雷击事故特别是雷击火灾事故，就会波及全站乃至全网，从而造成重大的经济损失或人员伤亡。2002年9月，三门峡水电站2号主变压器因雷击引起火灾而损坏，致使3号发电机组停运，被迫弃水约0．99亿立方米。因此，为确保水电站运行安全，必须采取防雷措施。
1.水电站雷击火灾的危害性
1．1直接雷击
即雷云直接向水电站的电气设备或建筑物放电。电站建筑物若被直接雷击中，巨大的雷电流将会造成建筑物火灾；若雷云直接向电气设备放电，则直击雷过电压会使电气设备的绝缘遭到击穿破坏而造成火灾。
1．2感应雷击
在雷云临近水电站上空时，水电站建筑物和附近地面上将感应产生大量的电荷。如果建筑物接地不够良好，就会与大地间形成电位差，当感应雷过电压足够大时，就会引起建筑物内部的电线、金属管道、大型金属设备放电而造成火灾。
1．3雷电侵入波
当水电站输电线路遭到直接雷击或感应雷击时，巨大的雷电流会沿着输电线路向电站流动，产生的雷电高电压有时可高达30~40万伏，使电站电气设备绝缘损坏而造成火灾；避雷线被雷击后，避雷线与输电线间的空气绝缘也容易被击穿；另外，由于水电站电气设备本身还带有工频交流电，如果雷电过电压使设备的绝缘击穿，当短暂的雷电流过去之后，工频交流电通过其击穿通道时就会短路，从而造成火灾事故。
2.水电站雷击火灾的预防措施
在水电站防雷保护设计中，应根据雷电活动情况、地形、地质、气象情况以及电网结构和运行方式等，结合运行经验进行全面分析和技术经济比较，做到技术先进、经济合理，符合电力系统和电力设备安全经济运行的要求。雷电活动特别强烈的地区，还应根据当地实践经验，适当加强防雷措施。
2．1直击雷的保护
为防止水电站直击雷，可采用避雷针或避雷线保护，在峡谷地区宜采用避雷线或避雷针、避雷线联合保护。1980年以前，高压配电装置一般都是采用避雷针防止直击雷，配电线路采用避雷线防止直击雷。1980年首次在葛洲坝水电站二江电厂220kV开关站采用避雷线进行保护，运行实践证明，采用避雷线进行保护通常较避雷针的高度低，受雷面积小，接地装置要求比避雷针简易且较为经济。
水电站的下列设施应装设直击雷保护装置：
(1)户外配电装置，包括组合导线和母线廊道；
(2)无钢筋的砖木结构主厂房和室内配电装置；
(3)户外布置的电力变压器、主变压器的高压引出线和户外布置的发电机电压引出线；
(4)油处理室、露天油罐、主变压器修理间及易燃易爆材料仓库等建筑物和需要保护的其它设施。
对水电站中一些不需要设置专门的直接雷击保护装置的建筑物，则采用将其金属结构(如金属屋架、钢筋等)接地；对非金属材料建造的建筑物，则在屋顶安装避雷带作为防止直接雷击的措施。
2．2感应雷的保护
感应雷过电压对水电站60kV及60kV以下的电气系统绝缘有损害。一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备(如避雷针、避雷线)或较高的建筑物，增大电气设备对地电容或采用阀型避雷器保护，以减少感应雷击过电压的危害。建筑物屋顶上的设备金属外壳、电缆金属外皮和建筑物金属架构均应接地，建筑物内的金属管道、金属设备应接地，以避免由雷电所引起的静电感应而产生火花放电。
2．3雷电侵入波的保护
水电站防止雷电侵入波的主要措施是安装避雷器，将侵入波过电压的幅值限制在电气设备绝缘的耐冲击电压水平以下。避免设备发生击穿损坏或火灾事故。
3.水电站主要避雷设施
3．1避雷针
避雷针是水电站中用来保护电气设备和建筑物避免遭受直接雷击的主要防雷装置，避雷针的接闪器(针尖)一般用直径10~20nll／l、长1~2m的钢棒制成。引下线一般使用截面不小于25mm2的圆钢、扁钢或镀锌钢绞线，如果支持物为钢筋混凝土或钢支架时，也可用支架内的钢筋或支架本身作为引下线。引下线与接闪器和接地体之间，以及引下线本身的接头连接必须牢固，因此不应用绞合的办法，而要用焊接或螺栓连接。
3．2避雷线
在水电站中，避雷线主要用来保护主变压器高压引出线(当主变压器与户外高压配电装置相距较远时)和架空输电线，避免遭受雷的直击。接闪器为悬挂在带电导线上方的接地导线(架空地线)，一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。接地引下线则采用截面不小于25ram2的镀锌钢绞线。
3．3保护间隙
保护间隙是最简单的防雷保护装置。间隙的一端接于被保护设备的带电部分，另一端与接地装置相连。在正常运行时，由间隙将设备的带电部分与地隔开，在雷电波过电压袭来时，间隙被击穿，把雷电荷引入大地，从而使被保护的设备避免遭受高压损坏。保护间隙一般只用于保护供电可靠性要求不高的线路。
3．4管形避雷器
管形避雷器实质上是一个具有灭弧能力的保护间隙，主要由内部和外部两个火花间隙及灭弧管组成。管形避雷器一般安装在线路的绝缘薄弱处或发、变电站的进出线段上，用以保护线路的绝缘和限制进入发电站、变电所的雷电侵入波的幅值。
3．5阀式避雷器
阀式避雷器的主要元件是火花间隙和阀性电阻。目前我国生产的普通阀式避雷器有FS和FZ两种系列。FS系列主要用于保护小容量的配电装置中的电气设备；FZ系列主要用于保护发电站和变电所的变压器及电气设备。
4.水电站的接地装置
水电站的接地装置由接地体和接地线组成。
4．1接地体
4．1．1自然接地体
由于构筑需要而埋设在水中或地中的各种金属部件，如水电站水下混凝土中埋设的钢管(压力钢管、蜗壳、尾水管等)，厂房水下部分的钢筋网、拦污栅、闸门槽等。
4．1．2人工接地体
专门为接地需要而在地中埋设的接地体，有水平和垂直两种敷设方式，也经常采用两者组合而成的复式接地体。由于水平接地体施工比较方便，所以接地网常以水平接地体为主，并组成网格形，使地面电位比较均匀。
一般情况下，应该首先利用自然接地体，在接地电阻达不到要求的数值时，可加设人工接地体，组成总接地网。主、副厂房和户外配电装置的接地网的外缘应闭合。
4．2接地线
接地线一般采用圆钢、扁钢或镀锌钢绞线。
接地线间以及接地线和接地体间的连接应采用焊接，对于有强烈腐蚀性的土壤，接地体和接地线的厚度及截面应适当加大，或采取镀锌、镀锡等防腐措施。
5.水电站防雷装置的检查维护
为了使水电站的防雷装置有良好的保护性能，应对其进行经常检查或定期检查。
(1)每年雷雨季节到来之前，应对水电站防雷装置进行检查，并测量接地电阻情况。防雷装置的接地电阻合乎要求，雷电流才能被顺利导入地中，而不致发生对建、构筑物的反击和造成火灾爆炸事故。因此，对接闪器、引下线、接地装置容易发生腐蚀的地方应加强检查，避免通过雷电流时发生熔化、发热等引起火灾危险。如发现防雷装置熔化或断损、腐蚀和锈蚀超过30％以上、接地电阻不符要求等情况，应及时予以维修或更换。雷雨后，应注意对防雷装置的巡视；
(2)对于各种避雷器，先检查其外观。首先检查其瓷套或绝缘子是否完好，有无裂纹或破损，表面是否脏污，密封是否良好。如1991年3月26日，葛洲坝水电站500kV开关站2C进线B相因雷击造成避雷器记数器烧毁、引下线烧断、内部烧黑碳化，原因是避雷器的密封被损坏，导致潮气侵入，因雷击而使内部绝缘击穿损坏；再检查其外部和引下线上有无闪络或烧损痕迹，引下线各部分连接是否良好，固定避雷器的各组件是否牢固；进而检查各部分腐蚀和锈蚀的情况，动作指示器的外间隙和保护间隙的主、辅助间隙有无变动，有无外物引起短路；另外，还要加强对运行中避雷器的绝缘监测，如带电测量电导电流等。
参考文献
1 水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手册．电气一次．水利电力出版社 1982：11
2 华东水利学院主编．水电站电气部分电力工业出版社．1981：7
3 葛洲坝水力发电厂．葛洲坝水力发电厂事故汇编(1981-1999)2000；11
1.水电站雷击火灾的危害性
1．1直接雷击
即雷云直接向水电站的电气设备或建筑物放电。电站建筑物若被直接雷击中，巨大的雷电流将会造成建筑物火灾；若雷云直接向电气设备放电，则直击雷过电压会使电气设备的绝缘遭到击穿破坏而造成火灾。
1．2感应雷击
在雷云临近水电站上空时，水电站建筑物和附近地面上将感应产生大量的电荷。如果建筑物接地不够良好，就会与大地间形成电位差，当感应雷过电压足够大时，就会引起建筑物内部的电线、金属管道、大型金属设备放电而造成火灾。
1．3雷电侵入波
当水电站输电线路遭到直接雷击或感应雷击时，巨大的雷电流会沿着输电线路向电站流动，产生的雷电高电压有时可高达30~40万伏，使电站电气设备绝缘损坏而造成火灾；避雷线被雷击后，避雷线与输电线间的空气绝缘也容易被击穿；另外，由于水电站电气设备本身还带有工频交流电，如果雷电过电压使设备的绝缘击穿，当短暂的雷电流过去之后，工频交流电通过其击穿通道时就会短路，从而造成火灾事故。
2.水电站雷击火灾的预防措施
在水电站防雷保护设计中，应根据雷电活动情况、地形、地质、气象情况以及电网结构和运行方式等，结合运行经验进行全面分析和技术经济比较，做到技术先进、经济合理，符合电力系统和电力设备安全经济运行的要求。雷电活动特别强烈的地区，还应根据当地实践经验，适当加强防雷措施。
2．1直击雷的保护
为防止水电站直击雷，可采用避雷针或避雷线保护，在峡谷地区宜采用避雷线或避雷针、避雷线联合保护。1980年以前，高压配电装置一般都是采用避雷针防止直击雷，配电线路采用避雷线防止直击雷。1980年首次在葛洲坝水电站二江电厂220kV开关站采用避雷线进行保护，运行实践证明，采用避雷线进行保护通常较避雷针的高度低，受雷面积小，接地装置要求比避雷针简易且较为经济。
水电站的下列设施应装设直击雷保护装置：
(1)户外配电装置，包括组合导线和母线廊道；
(2)无钢筋的砖木结构主厂房和室内配电装置；
(3)户外布置的电力变压器、主变压器的高压引出线和户外布置的发电机电压引出线；
(4)油处理室、露天油罐、主变压器修理间及易燃易爆材料仓库等建筑物和需要保护的其它设施。
对水电站中一些不需要设置专门的直接雷击保护装置的建筑物，则采用将其金属结构(如金属屋架、钢筋等)接地；对非金属材料建造的建筑物，则在屋顶安装避雷带作为防止直接雷击的措施。
2．2感应雷的保护
感应雷过电压对水电站60kV及60kV以下的电气系统绝缘有损害。一般电气设备应远离可能遭到直击雷的设备(如避雷针、避雷线)或较高的建筑物，增大电气设备对地电容或采用阀型避雷器保护，以减少感应雷击过电压的危害。建筑物屋顶上的设备金属外壳、电缆金属外皮和建筑物金属架构均应接地，建筑物内的金属管道、金属设备应接地，以避免由雷电所引起的静电感应而产生火花放电。
2．3雷电侵入波的保护
水电站防止雷电侵入波的主要措施是安装避雷器，将侵入波过电压的幅值限制在电气设备绝缘的耐冲击电压水平以下。避免设备发生击穿损坏或火灾事故。
3.水电站主要避雷设施
3．1避雷针
避雷针是水电站中用来保护电气设备和建筑物避免遭受直接雷击的主要防雷装置，避雷针的接闪器(针尖)一般用直径10~20nll／l、长1~2m的钢棒制成。引下线一般使用截面不小于25mm2的圆钢、扁钢或镀锌钢绞线，如果支持物为钢筋混凝土或钢支架时，也可用支架内的钢筋或支架本身作为引下线。引下线与接闪器和接地体之间，以及引下线本身的接头连接必须牢固，因此不应用绞合的办法，而要用焊接或螺栓连接。
3．2避雷线
在水电站中，避雷线主要用来保护主变压器高压引出线(当主变压器与户外高压配电装置相距较远时)和架空输电线，避免遭受雷的直击。接闪器为悬挂在带电导线上方的接地导线(架空地线)，一般采用截面不小于35mm2的镀锌钢绞线。接地引下线则采用截面不小于25ram2的镀锌钢绞线。
3．3保护间隙
保护间隙是最简单的防雷保护装置。间隙的一端接于被保护设备的带电部分，另一端与接地装置相连。在正常运行时，由间隙将设备的带电部分与地隔开，在雷电波过电压袭来时，间隙被击穿，把雷电荷引入大地，从而使被保护的设备避免遭受高压损坏。保护间隙一般只用于保护供电可靠性要求不高的线路。
3．4管形避雷器
管形避雷器实质上是一个具有灭弧能力的保护间隙，主要由内部和外部两个火花间隙及灭弧管组成。管形避雷器一般安装在线路的绝缘薄弱处或发、变电站的进出线段上，用以保护线路的绝缘和限制进入发电站、变电所的雷电侵入波的幅值。
3．5阀式避雷器
阀式避雷器的主要元件是火花间隙和阀性电阻。目前我国生产的普通阀式避雷器有FS和FZ两种系列。FS系列主要用于保护小容量的配电装置中的电气设备；FZ系列主要用于保护发电站和变电所的变压器及电气设备。
4.水电站的接地装置
水电站的接地装置由接地体和接地线组成。
4．1接地体
4．1．1自然接地体
由于构筑需要而埋设在水中或地中的各种金属部件，如水电站水下混凝土中埋设的钢管(压力钢管、蜗壳、尾水管等)，厂房水下部分的钢筋网、拦污栅、闸门槽等。
4．1．2人工接地体
专门为接地需要而在地中埋设的接地体，有水平和垂直两种敷设方式，也经常采用两者组合而成的复式接地体。由于水平接地体施工比较方便，所以接地网常以水平接地体为主，并组成网格形，使地面电位比较均匀。
一般情况下，应该首先利用自然接地体，在接地电阻达不到要求的数值时，可加设人工接地体，组成总接地网。主、副厂房和户外配电装置的接地网的外缘应闭合。
4．2接地线
接地线一般采用圆钢、扁钢或镀锌钢绞线。
接地线间以及接地线和接地体间的连接应采用焊接，对于有强烈腐蚀性的土壤，接地体和接地线的厚度及截面应适当加大，或采取镀锌、镀锡等防腐措施。
5.水电站防雷装置的检查维护
为了使水电站的防雷装置有良好的保护性能，应对其进行经常检查或定期检查。
(1)每年雷雨季节到来之前，应对水电站防雷装置进行检查，并测量接地电阻情况。防雷装置的接地电阻合乎要求，雷电流才能被顺利导入地中，而不致发生对建、构筑物的反击和造成火灾爆炸事故。因此，对接闪器、引下线、接地装置容易发生腐蚀的地方应加强检查，避免通过雷电流时发生熔化、发热等引起火灾危险。如发现防雷装置熔化或断损、腐蚀和锈蚀超过30％以上、接地电阻不符要求等情况，应及时予以维修或更换。雷雨后，应注意对防雷装置的巡视；
(2)对于各种避雷器，先检查其外观。首先检查其瓷套或绝缘子是否完好，有无裂纹或破损，表面是否脏污，密封是否良好。如1991年3月26日，葛洲坝水电站500kV开关站2C进线B相因雷击造成避雷器记数器烧毁、引下线烧断、内部烧黑碳化，原因是避雷器的密封被损坏，导致潮气侵入，因雷击而使内部绝缘击穿损坏；再检查其外部和引下线上有无闪络或烧损痕迹，引下线各部分连接是否良好，固定避雷器的各组件是否牢固；进而检查各部分腐蚀和锈蚀的情况，动作指示器的外间隙和保护间隙的主、辅助间隙有无变动，有无外物引起短路；另外，还要加强对运行中避雷器的绝缘监测，如带电测量电导电流等。
参考文献
1 水电站机电设计手册编写组．水电站机电设计手册．电气一次．水利电力出版社 1982：11
2 华东水利学院主编．水电站电气部分电力工业出版社．1981：7
3 葛洲坝水力发电厂．葛洲坝水力发电厂事故汇编(1981-1999)2000；11
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