浅谈大型泵站高压直配电机的防雷保护

【摘 要】本文针对现今阶段大型泵站高压直配电机多发雷电损害的情况，本文系统的对大型泵站高压支配电机的防雷设计及其措施作了比较系统的归纳，并分析了其中存在的问题，对相关的防雷改进措施也作了简要的探讨与分析。

【关键词】大型泵站；高压直配电机；防雷设计与应用

0 引言

大型泵站所使用的高压直配电机具有结构复杂，抗雷击能力比较弱。为了解决这一难题，我国在泵站建设中逐步采用了一系列的防雷措施，泵站雷害损失大幅度降低，保证了泵站安全可靠运行。

1 大型泵站高压直配电机防雷击的基本方法

大型泵站高压直配电机的防雷设计出现的比较早，大约在20世纪三四十年代被发展出来并应用于实际，经过数十年的进一步发展，到目前为止，已经形成了一套比较完整有效的防雷击技术体系。这个体系大致包括有避雷器的安装设计、特种线缆的设置、高压电容器的配置等，但现实设计过程中，需要根据实际情况合理的设置避雷设备安装点。

1.1 避雷器的安装与应用

在高压直配电机的附属结构部分，也就是高压线进线端，这部分结构一般高于周围其他物体，很容易在雷暴天气遭到雷击。而且这部分结构是高压直配电机的电能来源，于外，所以十分脆弱，一旦被雷电击中就很容易引起电缆或者高压直配电机起火而使泵站停止运转。因此，在工程设计时，应在这个地方设置一组避雷器，并根据雷击发生的频率和强度，以及高压直配电机的承受能力计算出避雷器的工作电压、最大放电电流承受限度、最低残压值等必要的参数。如此一来，这组避雷器不仅对雷电波进行了限幅，又可防止架空线与电缆节点间波阻抗突变及电压反射造成绝缘子闪络或击穿，从而有效保护架空线终端杆的安全。目前，由于市场上的避雷器规格种类繁多，功能不尽相同，性能参差不齐，因此必须要根据实际要求选择合理型号的避雷器，以免因规格不配套而导致其防雷效果下降。而且，还应该尽量选择放电电流较大、残压值较低的电站型避雷器，以确保其功能的高可靠性。

1.2 特种电缆的应用

由于大型泵站在工作时需要消耗大量的电能，因此一般选用高压电机。通常，高压直配电机所使用的线路电压普遍在6000～10000伏，部分高达3万伏。如果高电压的输电线路一旦遭到雷击，就会导致线路电压达到十分惊人的数值，会直接导致高压直配电机的不可逆转烧损。而且，避雷器在安装后，很可能由于设计原因或者施工原因导致其功能发挥不畅，无法保持雷暴天气下输电线路终端电压的稳定。为了保证高压直配电机的安全，将架空线终端杆设在离水电站或泵站大约50～60米处，用一段高压电缆将电能引入泵站。由于这种电缆的特殊结构可以使雷电波在电缆中以半光速推进，且雷击的能量与雷电波行波速度的平方成正比，在此种条件下，使用一段长度超过50米的电缆进线后，作用在电机绕组上的冲击能量只剩下未设电缆前的四分之一，这部分冲击能量大小完全在高压直配电机可承受的范围之内，从而有效地保护电机绝缘。

1.3 高压电容器的应用

根据一项权威研究，高压线路终端遭受雷击的概率非常大，为了更进一步的保护高压直配电机，一般在泵站防雷设计时还需要应用到高压电容器，其设计安装位置一般在泵站6KV或者10KV母线上装设一组容量为0.5微法的高压电容器。它主要是依靠自身较为强大的电容能力，在母线被雷暴击中的瞬间能够将雷电输送到母线上的电荷的一部分储存起来并缓慢的释放出来，以降低雷电波的进波陡度、降低电机绝缘首端与匝间的电压上升速度，限止在大2000伏特每微秒的值上，大大低于绝大多数高压直配电机可承受的5000伏特每微秒的最高值，从而实现了对电机的保护。需要强调的是，雷电击中输电线路的位置、高压电容器的安装位置以及规格型号，均会影响到最终的防雷效果。因此，在高压电容器的选型、安装时，应当结合本地雷暴气候的发生规律与特点，以及泵站建设的位置与高压直配电机的性能特点等，正确选型与安装，使其能够发挥出最大的效能。

1.4 避雷针的安装与应用

安装避雷针是技术最为简单、最经济而同时防雷效果又颇为可靠的防雷技术。一般来说，大型泵站均建在大江大河的出水口位置，建筑高度高，又多有金属结构，因此很容易遭到雷击。这就需要安装避雷针来满足泵站防雷的需求。在避雷针的安装设计与应用的过程中，需要注意以下几点：一是，安装数量要足够。大型泵站一般占地面积比较大，需要进行防雷保护的设施也比较多，需要安装足够数量的避雷针，在泵站内部形成一道全方位、密不透风的防雷网，实现全面的雷击防护；其次，避雷针的安装位置要正确。避雷针只有处在适当的位置才能发挥它应有的作用。一般来说，在高层建筑物的顶部、输电高压线杆的顶部、高压直配电机机房等部位均需要安装避雷针，且需要保证避雷针的高度高于周围物体。最后，要注意避雷针的接地问题。由于避雷针的主要作用是将雷电引导到大地中，因此在避雷针处以及输送电线中的电压非常大，一旦接地线设置位置不当，就可能引发非常严重的后果。如接地线过于靠近高压直配电机机房，雷电就很可能在进入大地后仍旧可以击中电机使其损坏。因此，在接地线的设计安装时，应当遵循远离设备的原则。

2 现阶段大型泵站高压直配电机防雷设计与应用中的不足及改进

2.1 防雷措施仍显不足

根据上文的论述可以得出，高压直配电机防雷设计与措施应用主要集中于高压输送线路终端部门，而对高压直配电机的输出部分以及自身的防护措施却少之又少，基本上是靠一根孤零零的避雷针支撑门面。然而，避雷针的防雷能力可信赖度并不是非常高，仅仅依靠它是几乎不可能达到万无一失的。因此，在未来还需要在这一方面进行改进。

2.2 防雷设备的性能难以满足要求

由于气候变化的原因，多地诸如雷暴的极端天气频频发生，对大型泵站的避雷设施造成了非常大的压力。这些设备的性能恰恰又不能支撑长时间、高压力的工作，极易损坏，而经常进行翻修更换无论在经济上还是在技术上都非常困难。因此，在将来需要进一步发展新型高性能防雷设备。

2.3 防雷设备的搭配不够合理

对大型泵站高压直配电机防雷设计而言，只有将各类防雷设备密切协同，才能发挥出最佳的效能。而我国在大型泵站高压直配电机防雷设计中各种防雷设备颇为混乱，这不仅造成了防雷资源的极大浪费，而且还使得部分防雷设备之间相互干扰，严重弱化了其防雷能力。因此，在对各类防雷设备的安装设计时，要使每一类防雷设备都能物尽其用。

3 结语

除此之外，在防雷设计方面，我国的大多数泵站仍显得不够成熟。特别是在安装位置的设计方面尤为欠缺，这使得本就疲于应付的防雷措施雪上加霜。因此，我国的防雷设计水平也亟待改进。以上内容就是对于大型泵站的防雷措施的简单方法的总结，希望可以给同行人员进行参考。

【参考文献】

[1]王海龙，刘成峰.水电站电气设备[M].北京：水利电力出版社，2010.

[2]黄仁康，黄智丰.大型泵站高压直配电机防雷设计与应用[J].排灌机械，2012.