在我國(guó),水電站已成為各大電網(wǎng)的主要電源,發(fā)揮著發(fā)電、防洪、航運(yùn)、供水等綜合利用效益,在國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)中起著越來(lái)越重要的作用。但由于水電站自然條件復(fù)雜,設(shè)備與線路內(nèi)在聯(lián)系緊密,一旦發(fā)生雷擊事故非凡是雷擊火災(zāi)事故,就會(huì)波及全站乃至全網(wǎng),從而造成重大的經(jīng)濟(jì)損失或人員傷亡。2002年9月,三門峽水電站2號(hào)主變壓器因雷擊引起火災(zāi)而損壞,致使3號(hào)發(fā)電機(jī)組停運(yùn),被迫棄水約0.99億立方米。因此,為確保水電站運(yùn)行安全,必須采取防雷措施。
  1.水電站雷擊火災(zāi)的危害性
  1.1直接雷擊即雷云直接向水電站的電氣設(shè)備或建筑物放電。電站建筑物若被直接雷擊中,巨大的雷電流將會(huì)造成建筑物火災(zāi);若雷云直接向電氣設(shè)備放電,則直擊雷過(guò)電壓會(huì)使電氣設(shè)備的絕緣遭到擊穿破壞而造成火災(zāi)。
  1.2感應(yīng)雷擊在雷云臨近水電站上空時(shí),水電站建筑物和四周地面上將感應(yīng)產(chǎn)生大量的電荷。假如建筑物接地不夠良好,就會(huì)與大地間形成電位差,當(dāng)感應(yīng)雷過(guò)電壓足夠大時(shí),就會(huì)引起建筑物內(nèi)部的電線、金屬管道、大型金屬設(shè)備放電而造成火災(zāi)。
  1.3雷電侵入波當(dāng)水電站輸電線路遭到直接雷擊或感應(yīng)雷擊時(shí),巨大的雷電流會(huì)沿著輸電線路向電站流動(dòng),產(chǎn)生的雷電高電壓有時(shí)可高達(dá)30~40萬(wàn)伏,使電站電氣設(shè)備絕緣損壞而造成火災(zāi);避雷線被雷擊后,避雷線與輸電線間的空氣絕緣也輕易被擊穿;另外,由于水電站電氣設(shè)備本身還帶有工頻交流電,假如雷電過(guò)電壓使設(shè)備的絕緣擊穿,當(dāng)短暫的雷電流過(guò)去之后,工頻交流電通過(guò)其擊穿通道時(shí)就會(huì)短路,從而造成火災(zāi)事故。
  2.水電站雷擊火災(zāi)的預(yù)防措施在水電站防雷保護(hù)設(shè)計(jì)中,應(yīng)根據(jù)雷電活動(dòng)情況、地形、地質(zhì)、氣象情況以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運(yùn)行方式等,結(jié)合運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行全面分析和技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較,做到技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)合理,符合電力系統(tǒng)和電力設(shè)備安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。雷電活動(dòng)非凡強(qiáng)烈的地區(qū),還應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)踐經(jīng)驗(yàn),適當(dāng)加強(qiáng)防雷措施。
  2.1直擊雷的保護(hù)為防止水電站直擊雷,可采用避雷針或避雷線保護(hù),在峽谷地區(qū)宜采用避雷線或避雷針、避雷線聯(lián)合保護(hù)。1980年以前,高壓配電裝置一般都是采用避雷針?lè)乐怪睋衾祝潆娋路采用避雷線防止直擊雷。1980年首次在葛洲壩水電站二江電廠220kV開(kāi)關(guān)站采用避雷線進(jìn)行保護(hù),運(yùn)行實(shí)踐證實(shí),采用避雷線進(jìn)行保護(hù)通常較避雷針的高度低,受雷面積小,接地裝置要求比避雷針簡(jiǎn)易且較為經(jīng)濟(jì)。水電站的下列設(shè)施應(yīng)裝設(shè)直擊雷保護(hù)裝置:(1)戶外配電裝置,包括組合導(dǎo)線和母線廊道;(2)無(wú)鋼筋的磚木結(jié)構(gòu)主廠房和室內(nèi)配電裝置;(3)戶外布置的電力變壓器、主變壓器的高壓引出線和戶外布置的發(fā)電機(jī)電壓引出線;(4)油處理室、露天油罐、主變壓器修理間及易燃易爆材料倉(cāng)庫(kù)等建筑物和需要保護(hù)的其它設(shè)施。對(duì)水電站中一些不需要設(shè)置專門的直接雷擊保護(hù)裝置的建筑物,則采用將其金屬結(jié)構(gòu)(如金屬屋架、鋼筋等)接地;對(duì)非金屬材料建造的建筑物,則在屋頂安裝避雷帶作為防止直接雷擊的措施。
  2.2感應(yīng)雷的保護(hù)感應(yīng)雷過(guò)電壓對(duì)水電站60kV及60kV以下的電氣系統(tǒng)絕緣有損害。一般電氣設(shè)備應(yīng)遠(yuǎn)離可能遭到直擊雷的設(shè)備(如避雷針、避雷線)或較高的建筑物,增大電氣設(shè)備對(duì)地電容或采用閥型避雷器保護(hù),以減少感應(yīng)雷擊過(guò)電壓的危害。建筑物屋頂上的設(shè)備金屬外殼、電纜金屬外皮和建筑物金屬架構(gòu)均應(yīng)接地,建筑物內(nèi)的金屬管道、金屬設(shè)備應(yīng)接地,以避免由雷電所引起的靜電感應(yīng)而產(chǎn)生火花放電。2.3雷電侵入波的保護(hù)水電站防止雷電侵入波的主要措施是安裝避雷器,將侵入波過(guò)電壓的幅值限制在電氣設(shè)備絕緣的耐沖擊電壓水平以下。避免設(shè)備發(fā)生擊穿損壞或火災(zāi)事故。
  3.水電站主要避雷設(shè)施
  3.1避雷針避雷針是水電站中用來(lái)保護(hù)電氣設(shè)備和建筑物避免遭受直接雷擊的主要防雷裝置,避雷針的接閃器(針尖)一般用直徑10~20nll/l、長(zhǎng)1~2m的鋼棒制成。引下線一般使用截面不小于25mm2的圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線,假如支持物為鋼筋混凝土或鋼支架時(shí),也可用支架內(nèi)的鋼筋或支架本身作為引下線。引下線與接閃器和接地體之間,以及引下線本身的接頭連接必須牢固,因此不應(yīng)用絞合的辦法,而要用焊接或螺栓連接。
  3.2避雷線在水電站中,避雷線主要用來(lái)保護(hù)主變壓器高壓引出線(當(dāng)主變壓器與戶外高壓配電裝置相距較遠(yuǎn)時(shí))和架空輸電線,避免遭受雷的直擊。接閃器為懸掛在帶電導(dǎo)線上方的接地導(dǎo)線(架空地線),一般采用截面不小于35mm2的鍍鋅鋼絞線。接地引下線則采用截面不小于25ram2的鍍鋅鋼絞線。
  3.3保護(hù)間隙保護(hù)間隙是最簡(jiǎn)單的防雷保護(hù)裝置。間隙的一端接于被保護(hù)設(shè)備的帶電部分,另一端與接地裝置相連。在正常運(yùn)行時(shí),由間隙將設(shè)備的帶電部分與地隔開(kāi),在雷電波過(guò)電壓襲來(lái)時(shí),間隙被擊穿,把雷電荷引入大地,從而使被保護(hù)的設(shè)備避免遭受高壓損壞。保護(hù)間隙一般只用于保護(hù)供電可靠性要求不高的線路。
  3.4管形避雷器管形避雷器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)具有滅弧能力的保護(hù)間隙,主要由內(nèi)部和外部?jī)蓚(gè)火花間隙及滅弧管組成。管形避雷器一般安裝在線路的絕緣薄弱處或發(fā)、變電站的進(jìn)出線段上,用以保護(hù)線路的絕緣和限制進(jìn)入發(fā)電站、變電所的雷電侵入波的幅值。
  3.5閥式避雷器閥式避雷器的主要元件是火花間隙和閥性電阻。目前我國(guó)生產(chǎn)的普通閥式避雷器有FS和FZ兩種系列。FS系列主要用于保護(hù)小容量的配電裝置中的電氣設(shè)備;FZ系列主要用于保護(hù)發(fā)電站和變電所的變壓器及電氣設(shè)備。
  4.水電站的接地裝置水電站的接地裝置由接地體和接地線組成。
  4.1接地體
  4.1.1自然接地體由于構(gòu)筑需要而埋設(shè)在水中或地中的各種金屬部件,如水電站水下混凝土中埋設(shè)的鋼管(壓力鋼管、蝸殼、尾水管等),廠房水下部分的鋼筋網(wǎng)、攔污柵、閘門槽等。
  4.1.2人工接地體專門為接地需要而在地中埋設(shè)的接地體,有水平和垂直兩種敷設(shè)方式,也經(jīng)常采用兩者組合而成的復(fù)式接地體。由于水平接地體施工比較方便,所以接地網(wǎng)常以水平接地體為主,并組成網(wǎng)格形,使地面電位比較均勻。一般情況下,應(yīng)該首先利用自然接地體,在接地電阻達(dá)不到要求的數(shù)值時(shí),可加設(shè)人工接地體,組成總接地網(wǎng)。主、副廠房和戶外配電裝置的接地網(wǎng)的外緣應(yīng)閉合。
  4.2接地線接地線一般采用圓鋼、扁鋼或鍍鋅鋼絞線。接地線間以及接地線和接地體間的連接應(yīng)采用焊接,對(duì)于有強(qiáng)烈腐蝕性的土壤,接地體和接地線的厚度及截面應(yīng)適當(dāng)加大,或采取鍍鋅、鍍錫等防腐措施。
  5.水電站防雷裝置的檢查維護(hù)為了使水電站的防雷裝置有良好的保護(hù)性能,應(yīng)對(duì)其進(jìn)行經(jīng)常檢查或定期檢查。
  (1)每年雷雨季節(jié)到來(lái)之前,應(yīng)對(duì)水電站防雷裝置進(jìn)行檢查,并測(cè)量接地電阻情況。防雷裝置的接地電阻合乎要求,雷電流才能被順利導(dǎo)入地中,而不致發(fā)生對(duì)建、構(gòu)筑物的反擊和造成火災(zāi)爆炸事故。因此,對(duì)接閃器、引下線、接地裝置輕易發(fā)生腐蝕的地方應(yīng)加強(qiáng)檢查,避免通過(guò)雷電流時(shí)發(fā)生熔化、發(fā)熱等引起火災(zāi)危險(xiǎn)。如發(fā)現(xiàn)防雷裝置熔化或斷損、腐蝕和銹蝕超過(guò)30%以上、接地電阻不符要求等情況,應(yīng)及時(shí)予以維修或更換。雷雨后,應(yīng)注重對(duì)防雷裝置的巡視;
  (2)對(duì)于各種避雷器,先檢查其外觀。首先檢查其瓷套或絕緣子是否完好,有無(wú)裂紋或破損,表面是否臟污,密封是否良好。如1991年3月26日,葛洲壩水電站500kV開(kāi)關(guān)站2C進(jìn)線B相因雷擊造成避雷器記數(shù)器燒毀、引下線燒斷、內(nèi)部燒黑碳化,原因是避雷器的密封被損壞,導(dǎo)致潮氣侵入,因雷擊而使內(nèi)部絕緣擊穿損壞;再檢查其外部和引下線上有無(wú)閃絡(luò)或燒損痕跡,引下線各部分連接是否良好,固定避雷器的各組件是否牢固;進(jìn)而檢查各部分腐蝕和銹蝕的情況,動(dòng)作指示器的外間隙和保護(hù)間隙的主、輔助間隙有無(wú)變動(dòng),有無(wú)外物引起短路;另外,還要加強(qiáng)對(duì)運(yùn)行中避雷器的絕緣監(jiān)測(cè),如帶電測(cè)量電導(dǎo)電流等。