矿区改造（精选8篇）
矿区改造 篇1
0 引言
在输电线路的早期设计中, 主要考虑了线路途经地段的地形地貌和该地区的雷电活动规律[1]。但是对于较长的线路, 各个区域的雷电活动及其他气象条件并不相同, 不能一概而论。随着人们对防雷问题认识的深入, 差异化防雷技术有了较大的发展[2,3]。某矿区电网采用220kV环网为矿区中压变电站供电, 2006年采用雷电分布图对该矿区220kV线路进行差异化防雷改造, 改造后取得了一定的防雷效果, 易受雷击段受雷击跳闸率有较大程度的降低, 但在不是易受雷击段的绕击率较为严重。从改造后安装的线路避雷器的动作情况来看, 有些杆塔往往只有边相避雷器动作, 其他两相避雷器一直没有动作记录, 造成了浪费。通过观察雷雨季节风向可知, 边相动作的避雷器往往是在与季风垂直的背风侧。因此, 有必要同时考虑季风和雷电分布图及其他一些参数来设计防雷措施[4,5,6], 在防雷效果达到最大的同时使得投资最省。本文从分析季风对线路雷击的影响入手, 结合雷电分布图对上述矿区220kV线路的防雷措施进行分析, 找出该矿区的防雷问题, 提出有针对性的防雷措施。
1 风速对线路绕击性能的影响
1.1 风速对输电线路的影响
雷雨季节刮风一般会引起绝缘子和导线有一定偏转, 影响避雷线的保护角。保护角的改变主要影响线路的绕击性能, 而不会影响线路耐受直击雷的性能。但并不是任意风速都会影响有避雷线的线路的绕击性能, 所以要分析不同风速对线路绕击性能的影响。当风向与线路走向一致时, 风不会引起绝缘子和导线的偏转, 只有在风向与线路走向成一定夹角时, 才会引起绝缘子和导线偏转。为了简化分析, 认为风向与线路走向垂直。当风吹向线路时, 绝缘子串和导线风偏情况如图1所示。
根据参考文献[4], 风吹引起绝缘子串的偏转角度φ按式 (1) 计算:
式中:mp为绝缘子串及防震锤的风荷载, kg;A为导线截面积, mm2;Ls, Lc分别为线路的水平档距和垂直档距, m;g1, g4分别为导线的自重比载和风荷比载, kg/ (m·mm2) ;mj为绝缘子串及防震锤的质量, kg。
导线自重比载g1可用式 (2) 计算:
式中:m0为每千米导线的质量, kg;S为导线截面积, mm2。
导线风荷比载g4可用式 (3) 计算:
式中:α为风速不均匀系数;C为风荷载体系数, 为无纲常量;d为导线直径, mm;v为风速, m/s。
风速与风速不均匀系数α对照表见表1。风荷载体系数C的取值与导线的直径有关, 当导线直径小于17 mm时, C一般取1.2;当导线直径大于17mm时, C一般取1.1。
导线风偏角ξ可用式 (4) 计算:
在风速一定的情况下, 考虑风吹引起的绝缘子和导线偏转, 雷击电气几何模型如图2所示。图2中, h′c为风速v下杆塔处导线高度;h′s表示风速v下的档距中央导线高度;L′c为风速v下杆塔处避雷线位置, L′s表示风速v下档距中央避雷线位置;β′表示考虑风速后的保护角。
1.2 风速对避雷线保护角的影响
下面定量分析风速对该矿区220kV输电线路绕击性能的影响。根据该矿区现运行的220kV线路资料可知, 该线路采用酒杯型杆塔。对于酒杯形杆塔, 风吹向线路时引起的风偏如图3所示。从图3可以看出, 风对迎风侧和背风侧避雷线保护角的影响不同, 迎风侧避雷线的保护角减小, 背风侧避雷线的保护角增大。同时该地区雷暴日为40天, 塔顶上架设2根70mm2钢绞线作为避雷线, 避雷线保护角约为17°。线路档距为400 m, 导线采用400mm2钢芯铝绞线, 绝缘子串用14片X-4.5型号绝缘子。
为了更准确地描述风速与避雷线保护角之间的关系, 对不同风速下对应保护角的变化进行分析。根据对风偏的理论分析, 加上对该矿区线路参数的计算, 得出风速对避雷线保护角的影响, 如图4所示。从图4可以看出, 当风速在22m/s以下时, 风速对杆塔处避雷线保护角的影响大于线路档距中央;当风速大于22m/s时, 风速对线路档距中央避雷线保护角的影响大于杆塔处。
结合图2, 计算得出背风侧和迎风侧线路绕击率与风速的关系, 如图5和图6所示。对比图5和图6可以得出, 风速对背风侧的绕击率影响较大, 在减小迎风侧绕击率的同时会增加背风侧的绕击率。从图5可以看出, 与无风时的绕击率相比, 当风速为10m/s时, 背风侧的绕击率增加了42%;当风速增加到15 m/s时, 背风侧的绕击率几乎增加了100%。
2 风向风速特征及雷电分布图
2.1 风向风速特征
为了对整条线路进行分析, 根据该矿区所在地气象部门对近些年来雷雨季节风速的统计, 该矿区所在地区雷雨季节最大风速为18.5m/s, 雷雨季节平均风速为12.5m/s。对于风向, 一般采用风向玫瑰图来表示某地的风向主导方向。根据该矿区近些年来的风向统计, 绘制该矿区风向玫瑰图, 如图7所示[7,8]。从图7可以看出, 该矿区线路所在地在雷雨季节的主导风向为北, 次主导方向为西北。根据风速对绕击性能的影响分析, 与风向主导方向和次主导方向垂直的线路的绕击率受风速影响较大, 而与风向主导方向和次主导方向平行的线路的绕击率受风速影响不大, 所以, 东西走向或东北、西南走向的线路要加强绕击防护。
由于风速会对线路的绕击性能产生较大的影响, 统计矿区220kV线路的走向, 找出受风速影响较大的杆塔。根据线路走向得出该矿区某条线路共有118基杆塔, 其中1号—20号, 35号—47号, 83号—104号杆塔与季风风向夹角较大, 会在雷雨季节受季风的影响比较大。
2.2 雷电分布图
雷电分布规律和防雷基础参数是进行针对性雷电防护、提高防雷有效性的关键基础[9,10]。该矿区于2006年建成了雷电定位系统, 对雷电活动进行监测, 定位电力系统雷击故障, 并辅助线路查询和事故分析, 取得了较好的效果。经过多年的运行, 该雷电定位系统已经积累了一些有价值的雷电数据, 可以在其基础上进行深入研究, 分析线路走廊内雷电分布特征, 对该矿区内部线路的雷电分布进行研究, 确定其易受雷击区/段、高雷害风险区。
根据雷电分布参数, 统计220kV线路走廊沿线2006—2011年平均地闪密度分布, 见表2。从表2可以看出, 大于规程推荐值2.8次/ (km2·a) 的区段有46号—60号, 91号—105号杆塔所处区域, 可知该区段为易受雷击段。
3 综合防雷措施及效果
结合季风和雷电分布图, 同时考虑这2种因素对防雷的影响, 得出该矿区220kV线路的危险段有1号—20号, 35号—60号, 83号—105号。对于受季风影响较大但不在易受雷击段的杆塔, 如1号—20号, 35号—45号, 83号—90号杆塔区段, 其受雷电直击的概率较小, 主要是防止绕击事故的发生, 因此, 采取在杆塔背风侧安装线路避雷器的防雷措施。处于易受雷击段的线路, 如48号—60号杆塔区段, 由于220kV线路架设有双避雷线, 与平行区的线路绕击的概率较小, 主要是防止雷击杆塔或避雷线反击事故, 因此, 采取降低杆塔接地电阻的防雷措施。对于受季风影响较大且落雷密度较高的杆塔区段, 如46号—47号及91号—104号杆塔区段, 既要防止雷电直击杆塔造成的反击, 又要防止因季风影响而造成的绕击, 因此, 采取降低杆塔接地电阻及三相同时安装线路避雷器的防雷措施。
根据该矿区对雷害的记录统计, 220kV线路2006—2011年间发生雷击跳闸23次, 其中绕击14次, 反击9次。绕击中有11次发生在与季风风向垂直的线路段, 绕击率远高于与风向平行的线路段。2011年进行防雷改造后, 2011—2013年该矿区220kV线路跳闸次数为5次, 出现在与季风垂直线路段的仅有1次, 验证了改造的有效性。
4结语
分析了风速对输电线路绕击率的影响, 分析结果表明, 对于该矿区220kV输电线路, 在风速大于10m/s时避雷线背风侧的绕击率会大幅度增加。根据该地区的风速风向图找出了容易受季风影响的线路区域, 结合雷电分布图提出了针对性的防雷改造措施。近2年的运行效果表明, 该矿区线路进行防雷改造后取得了较好的防雷效果。
摘要：针对某矿区220kV线路根据雷电分布图采取的差异性防雷措施效果不理想的问题, 分析了风速对线路绕击性能的影响;并结合风速风向和雷电分布图, 对该矿区采取以下防雷改造措施:在与风向垂直的线路区的背风侧安装线路避雷器防绕击;对属于危险区域且线路与季风垂直的区域, 采用防低接地电阻和安装线路避雷器防反击和绕击;对属于危险区域但受季风影响不是很大的区域, 降低杆塔接地电阻防反击。实际运行效果表明, 采取防雷改造措施后该矿区线路取得了较好的防雷效果。
关键词：煤矿,输电线路,防雷,雷电分布图,不对称保护
参考文献
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矿区改造 篇2
近代以来景德镇一直是以陶瓷产业为主的工业城市，近百年的陶瓷工业发展使景德镇遗存了大量的瓷厂和成片的厂房，在经历了陶瓷产业的由胜到衰后，这些旧厂房已经由最初的陶瓷文化发源地沦为了工业仓库，洗车场或被遗弃。这些瓷器厂和工厂目睹了景德镇陶瓷的发展历史，具有鲜明的特色和特殊的意义，如何对其进行有效的保护和开发，成为当前景德镇面临的一项历史性的责任和现实性的需要。
然而，随着收入的增加和观念的更新，中国老年人服务也逐渐发展，在一些发达城市出现了各种老年服务机构，像疗养院，老年公寓，护理院等一些从家庭养老走向社会养老模式，已成为一种社会趋势。
基地分析
浮南瓷土矿位于景德镇市北郊，丘林地形。虽为废弃瓷土矿区，但自然环境优良，特别是具有人体的天然矿物元素。废弃矿区，灰青色的建筑，古朴优雅；树种丰富，绿地覆盖率高；承接玉田水库的优质水源，贯通整个瓷土矿区；远离城市的喧嚣，空灵静谧，是老年人安享晚年的理想居住地。
然而，根据实地考察，曾经的繁盛已不复存在，如今的浮南瓷土矿区整体状况窑址残损，厂房废弃，电线裸露，门窗破旧，一派破败不堪的景象，而与之交相辉映的又是矿区杂草丛生，绿意黯然，生机勃勃的自然风光，两景相交，毫无违和感，呈现出的是时间与变迁的痕迹，同时，留守在矿区的老职工们虽然白发苍苍，却身强体壮，让我们联想到瓷土矿区这片远离城市喧嚣的沃土。
敬老院改造的意义
随着景德镇陶瓷产业的兴衰变迁，很多类似于浮南瓷土矿一样的陶瓷厂区被闲置甚至被遗忘。此次对景德镇浮南瓷土矿区的的改造设计，不仅将废弃的厂区最大限度的利用，而且保留了很多特色元素，使陶瓷文化留下时代的印记，并改善了瓷土矿区周边的环境与生态。就浮南瓷土矿区而言，
地理位置优越，虽远离城市，但交通便利，家用轿车，大型客车都能进入，出现突发状况是，能够为老人医疗就医提供方便。
第二、废弃浮南瓷土矿区虽年久失修，环境卫生状况差，但植被覆盖率却相当高，各种乔木、灌木、花卉等植物随处可见。
第三、经过调查研究发现，居住在浮南瓷土矿区的老人们平均寿命都在80岁以上，并且身体都很健康，景德镇浮南瓷土矿区远离城市，环境非常适合人们居住，特别是适合老年人居住和养老。
敬老院具体改造设计
1. 室外的活动空间设计
充分利用矿区植被，就地设计必要的休憩、交往、健身、观赏等空间，在具体的空间设计中，要从老人的身心发展需求出发，适合老人使用。如休憩空间的尺度除了要满足正常人的活动尺寸要求以外，还要照顾到有轮椅等特殊群体的需求；增加偶然性的交往空间，让老年人能够在公共的空间偶然相遇，相识，形成很好的邻里关系；尽量提供一个从室内延伸到室外的富有趣味和吸引力的景观空间，它能在室内巧妙的展示室外的风光；健身的空间设置必要的无障碍设施的同时，也应该考虑到适当的设置激励空间，增加老人的信心。
2. 道路步行系统设计
首先考虑的是环境的安全性，在步行系统的设计上要考虑到老年人生理的特点，设置无障碍的设施，如：设置扶手；地面铺装要使用防滑的材料；消除室内外的地面高差；安装紧急呼叫系统和安全电热源；建筑的转角处设置为钝角，护栏尽量避免锐角；沿步行道的绿化不要使用带刺的植物；路灯的高度和灯光的照度要适中等等。
当前面临着“银发浪潮”的汹涌而至，对老年人的关注程度也在日益增强，以及景德镇特殊的地域文化和现状，从而提出了将浮南瓷土矿区改造成敬老院的构想，为非居家养老的老年人提供一个理想的养老场所。
3. 植物绿化设计
老年公寓的空间营造可以通过景观节点、过渡空间与中心空间相互交织的序列进行设计。通过“景观节点—过渡空间—中心空间—过渡空间—景观节点”这一序列的变化与连接，形成了层次丰富的空间环境，通过植物之间的巧妙搭配美化了老年人居住的环境。此外，植物尽量选择乡土植物，乡土树种的管理粗放，易于管理，成活率高，病虫害较少，容易形成很好的绿化效果。选择对老年人无伤害的植物，要选择无毒性、无刺激性、无飞絮、带尖刺、无污染的植物。
4. 景观空间辅助设施设计
第一，老年公寓的周边应该设置有报刊亭、阅览室、茶室雅座、医疗服务点、心理辅导室等公共设施，在活动区域 100m 的范围内还要设置公共厕所，方便老年人使用。第二，为了方便老年人的夜间出行，在建筑物的入口处、步行道的边缘、停车场、有踏步和坡道的场所设置照明系统，以免造成老年人摔倒和绊倒等情况。第三，由于记忆能力的衰退，老年人对于环境的熟悉速度比较慢，分辨力也较差，在道路的交叉口和不同的活动场所要设置必要的标识系统。 第四，一个好的景观小品能在环境中产生强大的感染力，能够给人以联想和思考，同时能赋予环境的美感，丰富空间层次，产生景深感和神秘性。
庞庄矿区主供水改造经济分析 篇3
庞庄矿区位于徐州市北郊, 年生产能力260万t/a。全矿共有庞庄井、东城井、张小楼井3个井口, 9个工人村5 400户居民。该矿区年平均生活用水量52万t, 而实际年供水量185～190万t, 造成大量水力资源浪费。原因是供水主管线敷设时间为上世纪60年代, 供水管路全长8 000多m, 管线过长, 供水主管线沿途多次塌陷, 中间经过农村十几个鱼塘, 管道漏水严重, 因此必须对供水系统进行改造。
1 改造前的庞庄矿区主供水系统
改造前主供水系统如图1所示。改造前的庞庄矿区主供水系统是由东城工人村北水源井三台规格型号为250QJ140-90/6、电机功率55 kW深井潜水泵, 经DN200管道直接送到东城井工人村增压泵房37 kW立式管道增压泵送到东城井北门, 再经一台18.5 kW立式管道增压泵送到庞庄矿门口泵房, 最后经一台18.5 kW立式管道增压泵送到工人村中心泵房, 管线全长8 000多m, 供水损耗严重, 管线维修量大, 其供水各项参数如表1所示。
1.东城北水源井潜水泵;2.东城管道增压水泵;3.井北门增压泵;4.庞庄矿门口增压水泵;5.庞庄中心泵房;6.庞庄中心泵房水泵;7.庞庄中心泵房分水包;8.张小楼五栋楼泵房;9.张小楼七栋楼泵房;10.张小楼老井中心泵房;11.庞庄工人村用水
2 改造后主供水系统方案
由于原供水主管线敷设时间为上世纪60年代, 供水管路长, 中间经过农村十几个鱼塘, 管道漏水严重, 维修量大, 经过分析, 认为应该将供水主管道路线改为直接由东城送到庞庄矿工人村, 以此方案的供水管线为4 300 m, 管线减少近4 000 m。根据工人村居民住户和生产用水量计算, 最大用水量为405 m3/h。
当水流速度取经济流速时V=0.9 m/s, 经计算, 输水管道直径为400 mm (DN400) , 沿程水头损失 (管路中扬程损失) 为13.49 m, 局部水头损失2.97 m。水源井水泵取水深度为65 m, 水泵扬程为90 m, 通过计算水泵压力克服管网沿程水头损失和局部水头损失可以满足要求。
改造后主供水系统如图2所示, 供水各项参数如表2所示。
1.东城北水源井深井潜水泵;2.庞庄中心泵房;3.庞庄中心泵房水泵;4.庞庄中心泵房分水包;5.张小楼五栋楼供水支线;6.张小楼七栋楼供水支线;7.张小楼老井中心泵房
3 改造前、后主供水系统经济分析
改造前后主供水系统分析如表3所示。改造主供水主管网总费用302万元, 改造主供水主管网后每年节约供水成本费用183.47万元, 即改造总投资1年半就可全部回收。
注:工人年工资按1.8万元, 水力资源费用0.7元/m3, 电费按0.7元/kWh。
4 结论
东城井工人村泵房至庞庄工人村中心泵房供水旧管网的改造, 去掉了3个加压管道泵, 整合了7个泵房, 每年减少供水量132.2万m3, 年节约用电量约106.2万kWh, 年减少水力资源费用92.93万元、人员工资16.2万元。改造后运行一年, 既满足了三井生活用水, 又节约了大量费用, 既是一项惠民工程, 又符合了国家节能减排工作要求, 同时还为下一步庞庄经济实用房开发用水提供保证。
摘要：利用科学经济管理方法, 对矿区供水系统进行全面分析, 提高居民供水质量, 降低供水成本, 提高经济效益。
肥城矿区奥灰顶部注浆改造技术 篇4
关键词：奥灰顶部,注浆改造,技术
1 奥灰顶部注浆改造技术的提出
华北型煤田下组煤距高压富水徐、奥灰含水层近, 无法单纯依靠底板阻水岩层阻隔高压突涌水的发生, 如肥城矿区历史上曾发生各类突水297次, 损失巨大。肥城煤田6对生产矿井水文地质条件分类均为复杂型, 随着开采深度的不断增加, 奥灰突水系数已超过临界值, 受巨厚高压奥灰岩溶水害威胁程度越来越大, 目前, 各矿接续水平标高在-430~-550m, 受奥灰水威胁严重。肥城矿区奥灰顶部注浆改造技术是在矿区深部严重受奥灰水威胁情况下, 在薄层灰岩注浆改造技术基础上提出的。
2 奥灰顶部注浆改造技术的可行性分析
奥灰顶部主要指中奥陶峰峰组上段, 根据奥灰钻孔揭露资料, 奥灰顶部不同层段富水性差异较大。大量实际揭露资料证明:奥灰并不是传统认为的一个含水层, 而是具有层控性、构控性、韵律性等特征的多层段含水层, 各含水层段具有相对独立性和相互联系性。如对某工作面奥灰顶部放水量20m3/h, 进行疏水降压试验, 观测奥灰顶部水位下降65m, 也证明了奥灰顶部具有层段性。
根据井上下钻探资料, 将奥灰顶部划分为三段:奥灰顶部上段 (0~20m) 相对弱含水层段, 其中0~10m范围一般不富水, 为相对隔水层段, 形成了奥灰顶部注浆改造所需的“压盖层”;奥灰顶部中段 (20~40m) 相对强含水层段, 为奥灰顶部注浆改造最佳目的层段;奥灰顶部下段 (40~150m) 范围相对弱含水层段, 为奥灰顶部注浆改造“基底层”。
奥灰顶部具备类似于徐灰含水层注浆改造的良好地质环境条件, 肥城矿区又有薄层灰岩注浆、钻探技术基础, 奥灰顶部注浆改造技术是可行的。
3 奥灰顶部注浆改造适用的条件和作用
3.1 适用条件
在肥城矿区—般具备下列条件之一的可采用奥灰顶部注浆改造技术: (1) 在复杂地段, 工作面奥灰突水系数超过0.06MPa/m, 正常地段超过0.1 MPa/m; (2) 工作面奥灰突水系数虽不超过规定, 但处于富水区及强迳流带内, 综合分析有奥灰突水危险的。
3.2 奥灰顶部注浆改造的作用
(1) 钻孔首先对薄层徐灰进行注浆改造, 将其改造成为阻抗奥灰突水的“中坚层”, 并胶结强化煤层底板隔水层。
(2) 将奥灰顶部改造成隔水层或弱含水层, 并在徐灰和奥灰顶部双向注浆压力作用下, 进一步改造加固徐奥灰之间隔水层, 形成奥灰顶部阻水“盖层”, 阻抗奥灰突水。因此, 能起到改造、封源和加固的作用, 是防止矿区深部奥灰突水的有效“治本”措施。
4 注浆孔的布设及结构
4.1 注浆孔的设计原则
(1) 按浆液扩散半径布设, 力求使浆液在整个工作面或需改造范围内的覆盖率达到100%以上。一般注浆扩散半径按15m~20m。
(2) 奥灰顶部注浆改造深度可根据奥灰突水系数不超过规定计算确定, 一般按钻入奥灰40~60m设计。钻孔设计为斜孔。
(3) 钻孔设计方向尽量和断裂构造的发育方向垂交或斜交, 以尽可能多穿过裂隙。
(4) 物探确定了的富水异常区、裂隙发育地带, 断层的交叉、尖灭端、工作面初压地段、集中压力区、褶曲构造的轴部等作为布孔的重点。
4.2 注浆孔的结构与施工
注浆孔的终孔孔径不小于73mm, 一般钻孔下三级套管, 一级套管底口距煤层底板法线距离不小于5m作为孔口管, 二级套管下至徐灰顶板, 主要为徐灰注浆改造服务, 三级管下至奥灰3m, 主要目的隔离徐灰、奥灰顶部风化破碎带和耐高压注浆。
钻孔一般在轨中巷、回风巷施工, 每隔60m~100m左右施工一个钻机硐室, 每个硐室施工1~4个注浆钻孔, 分序次施工。
5 注浆工艺
5.1 注浆改造材料
使用粘土水泥浆液, 粘土水泥浆液主要由粘土、水泥、添加剂和水组成。
5.2 注浆改造工艺
5.2.1 注浆系统
注浆系统由浆液造浆和过滤系统、浆液输送系统、自动跟踪控制系统和灌注系统四个部分组成。
5.2.2 注浆工艺
(1) 注浆方式与段高的确定:一般单孔采用全段连续注浆, 各孔分次序施工灌注, 发现井下跑浆时可间歇注浆。
(2) 泵量与泵压:泵量根据含水层压水试验确定。正常情况下, 进浆畅通, 采用全泵量大流量灌注;裂隙发育较差, 进浆阻力大, 采用中泵量;达到接近终压时用小泵量。
(3) 注浆参数及单孔注浆结束的标准:单液水泥浆的水灰比为0.8:1~2:1;粘土水泥浆中粘土浆的比重一般为1.12~1.18, 每立方米粘土水泥浆中水泥掺入量为0.1~0.4t。
5.3 注浆效果检查与评价
(1) 钻探法:-300m以浅检查孔水量不大于20m3/h;-300m以深检查孔水量不大于10m3/h。
(2) 物探对比法:通过对工作面注浆改造前后物探资料对比分析, 确定工作面物探富水异常区明显改变或消失。
(3) 经验比拟法:根据相类似工作面注浆改造后安全开采情况, 对钻孔密度、单位钻孔涌水量注干料质量等主要参数进行类比评价, 一般吨水注干料量大于1吨。
根据以上三个方法, 综合评价工作面注浆改造质量, 对不合格的工作面一律补充注浆改造工程, 做到“治不好不采”。
6 奥灰顶部注浆改造应用情况
经对5对矿井31个工作面实施了奥灰顶部注浆改造, 安全采出受水威胁煤量171.6万吨, 矿区连续11年杜绝了工作面奥灰突水事故。
7 结论
(1) 奥灰顶部0~20m弱含水层段为注浆改造所需的“压盖层”;20~40m相对强含水层段, 是最佳注浆层段;40~150m弱含水层段, 为注浆改造“基底层”。奥灰顶部具备注浆改造的良好地质环境条件, 注浆改造技术是可行的。
浅谈矿区供电网络防雷接地改造 篇5
山西是我国的第一产煤、输煤大省, 作为以煤炭产业为主导的汾西 (矿业) 集团拥有独立的供电网络, 并且网络规模相当大。汾西 (矿业) 集团电网是以110 k V、35 k V、10 k V、6 k V等电压级组成的供电网, 随着企业对电能的需求越来越大, 对供电可靠性的要求越来越高, 伴随着电网的发展, 雷击供电线路引起的跳闸停电、打坏电气设备的事故也日益增多。许多矿井是重瓦斯矿井, 极具危险性, 供电的安全直接关系到通风系统的运转, 一旦发生电网遭受雷害事故造成停电, 通风系统停运, 矿井内的瓦斯浓度会迅速上升, 极易起火爆炸, 不仅带来不可估量的经济损失, 而且还严重威胁到矿工的生命安全[1,2,3]。
近年通过深入研究和分析已有输电线路和变电站防雷接地措施的缺陷和不足, 结合已有输电线路和变电站的故障统计资料和线路走廊沿线的地理环境及雷电活动情况, 并充分考虑雷击形式的多样性, 针对输电线路和变电站设计出综合防雷措施, 从根本上解决输电线路和变电站雷害事故多发的问题, 具有非常好的实用性, 为电网可靠、稳定运行提供了可靠保障, 进而无形的提高了电网的经济效益, 并可以在矿区其他供电线路上推广。
2 高压线路防雷改造措施
线路防雷改造是以“差异性、精细化、系统性”的防雷思路, 由点到面, 由单个设备防雷到系统防雷配合, 引进先进技术和专利技术, 合理选配使用防雷元件, 重点防止雷电波对线路器件及变电站主要设备损伤, 降低雷击跳闸率, 提高供电可靠性。
(1) 在输电线路绝缘子两端并联可调式过电压保护装置;加装可调式过电压保护装置可以改变接地短路电弧通道提高弧道绝缘恢复速度, 促使接地电弧快速熄灭, 降低了配电线路雷击建弧率, 进而降低雷击跳闸率。
(2) 杆塔接地改造, 改造变电站进、出线前10级杆塔的接地装置, 重点降低冲击接地电阻;实践证明, 在水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂的环形接地极, 对降低杆塔的冲击接地电阻效果明显。
(3) 线路进变电站段改造;设置进线段保护防止线路侵入波对变电所的危害。据调查绝大多数变配电所雷害事故都是由线路侵入的雷电过电压造成的, 主要是线路的绝缘水平一般都较高, 而变配电所电气设备绝缘水平较低, 为配电线路与变配电所在绝缘配合上存在的矛盾, 采用配电型可调过电压保护间隙:
1) 设置线路进变电站的前10级杆塔为进线段保护, 即从第10级起逐级降低过电压保护装置间隙动作值, 至终端杆与变电站设备绝缘相配合;
2) 对线路前10级杆塔架设耦合地线。一是增大避雷线与导线之间的耦合系数, 从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量;二是增大雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。
3 变电站防雷改造措施
3.1 改造变电站接地装置优化防雷冲击接地
对变电站接地装置进行改造, 特别是对防雷设备接地进行冲击接地优化。雷电流在通过引下线导向避雷针地网或变电站地网泄放时会因雷电流的通过而产生较大的电位差可能会引起反击。为了避免反击现象, 需要对主要设备以及主要泄流装置铺设接地冲击均压环, 同时接地均压环也可起到降低接地电阻和屏蔽干扰的效果, 并在一定程度上起到等电位连接的作用。
(1) 铺设接地均压环
如图1所示, 沿变电站高压主控室铺设环形水平接地网, 再在离环形水平接地网的外圈3 m处铺设另一根环形水平接地网, 水平接地网的边角处应改造成圆弧形状避免尖角放电, 然后再把两环形接地网如图所示每隔5 m连接起来, 在联接处打入一根1.2~1.5 m的垂直接地极。
水平接地体施加降阻剂。对水平接地体可先开挖如图2所示的沟槽, 待沟槽挖好后可进行水平接地体的铺设和焊接, 然后把水平接地体垫地, 再倒入GPF-94高效膨润土降阻防腐剂粉, 把水平接地体均匀的包裹在中间, 在联接处打入一根1.2~1.5 m的垂直接地极;然后加水洇透, 用细土回填, 并分层夯实。如山区取水困难, 也可施加干粉待下雨后让降阻剂自己吸收水份, 但降阻剂的生效较慢, 一般要待一个雨季之后。回填土切记不要用碎石, 沙子和垃圾回填。
(2) 稳定接地参数
针对山西矿区土壤易干燥, 保水性差的特点, 和矿区变电站防雷接地装置的布局, 用保水性能好, 防腐性好的GPF-94高效膨润土降阻防腐剂, 降低防雷设备冲击接地阻抗, 改善冲击电位分布, 稳定接地参数, 确保在防雷设备动作时, 在防雷接地装置上的电位升高不对被保护设备的绝缘构成威胁。
3.2 整改、规范、完善变电站内的防雷设备
(1) 更换或拆除各种型号的组合式过电压保护器。
(2) 规范避雷器的选型、试验、安装及运行维护, 选择正规厂家生产的、参数合适的避雷器作为设备的防雷保护装置。
(3) 改造存在问题的直击雷防雷措施。
(4) 对电容电流超过10 A的变电站安装预调式消弧线圈进行补偿, 使补偿后的残流小于系统的熄弧临界值。
(5) 对35 k V主变压器, 35k V系统电容电流不超标的变压器, 为了防止线路三相进波打坏变压器绕组中性点, 应对35 k V中性点套管引出安装35 k V氧化锌避雷进行保护。
3.3 完善、规范变电站防雷设备和接地装置试验
(1) 定期采用正硧的试验方法对变电站的避雷器、计数器进行全面的预防性试验, 通过试验及时淘汰不合格的防雷设备。
(2) 采用正确的试验方法对变电站的接地装置的工频接地阻抗、跨步电压、接触电压、电位分布、设备接地导通等项目进行全面的试验。
(3) 测量各站6~35 k V系统电容电流值, 对电容电流超过10 A的变电站安装预调式消弧线圈进行补偿, 使补偿后的残流小于35 k V系统的熄弧临界值。
3.4 强化完善变电站主设备的技术监督和管理
(1) 加强充油设备的油色谱监督, 常规的预防性试验项目并不能及时发现充油设备的潜伏性故障, 而绝缘油的气象色谱分析则能在运行中通过分析油中微量特征气体的含量和比值及时发现主设备的潜伏性故障。要针对各类不同的设备制订绝缘油色谱分析的周期和标准, 及时跟踪设备的运行情况, 在故障的初期及时的进行处理和预防, 从而防止主设备发生设备损坏事故。
(2) 要对GIS组合电器采用先进行在线监督技术, 当GIS内部有异常放电声音时可及时发现, 及时报警, 及时处理, 避免事故发生。
(3) 健全、完善变电站设备的技术档案和各站图纸资料, 健全变电站的运行日志, 对出现的雷害故障要从技术层面上深抓不放, 找出存在的技术问题和防范改进措施并进行改造。
4 防雷接地改造取得的效果
随着集团公司煤炭主营市场的不断扩大, 对各矿井下供电的安全性、可靠性和连续性提出了更高的要求, 而矿井供电系统抵御雷电灾害的能力需要进一步提高, 此次, 通过以上防雷接地技术的改造, 有效地解决了我矿区电网现有供电系统的隐患, 避免了雷电事故的发生, 进一步巩固了供电网络的安全可靠运行。
5 结语
人类步入21世纪, 经济、科技等各个领域得到了高速发展, 同时人们对于电力供应的要求与日俱增, 而当下保障电力供应的安全、有序, 是我国经济发展中的重要环节之一, 而防雷接地工作是一项系统、庞大的工程, 一旦出现问题将势必会对整个供电系统的安全、正常工作产生影响, 所以加强输电线路、变电站的保护工作, 避免雷电事故的发生, 进而增加整个电网的可靠、安全程度, 是一项造福于人民的崇高工作。
参考文献
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[2]周兆华.220 V配电系统的防雷保护[J].机电工程技术, 2014 (7) :215-217.
矿区改造 篇6
肥城矿区已有四十余年的开采历史, 随着矿井巷道的加长和产能的增加, 矿井需风量猛增、主要通风机性能等要求也相应发生了很大变化。特别是2000年以后, 矿井生产量的大幅度增加, 新老水平过渡衔接的同时兼顾生产, 使矿井通风网络趋于复杂。边远采区和深部水平的生产、个别采区的集中生产等都加大了矿井需风量, 使得局部地区出现风量分配和调节困难等问题。矿井总回风巷失修或严重失修, 也导致矿井通风阻力升高, 严重制约了矿井风量的有效分配。
1 矿区衰老矿井通风系统特点
1.1 通风路线长, 回风巷道断面小, 阻力大
衰老矿井由于开采水平深, 工作面都处于矿区的边远地带。通风距离大, 回风巷道的服务年限长及受采动影响, 矿井的通风阻力大。
1.2 井下采场分布不合理, 通风系统调控困难
由于衰老矿井采煤工作面的长度短、产量低, 为了保证矿井的煤炭产量和效益, 通常一个采区布置较多的采煤工作面和掘进工作面。容易引起全矿井风流调控困难、变化大、设施多、内部漏风严重的情况。
1.3 矿井生产区域集中, 风量分配不合理
由于衰老矿井的生产区域有时会集中在矿井的某一采区或某一翼、某一水平, 从而造成井下的供风紧张。
1.4 井下的通风设施多, 通风系统复杂
衰老矿井井下的通风设施较多, 利用已有的井巷实现通风目的是衰老矿井通风经常采用的方法, 也使得矿井的通风系统趋于复杂, 角联分支和不稳定分支大量存在, 给通风管理增添了困难。
1.5 矿井主要通风机运转效率低, 通风费用高
矿井主要通风机长期处于高负压状态运行, 风机的效率普遍较低, 耗电大。
1.6 矿井漏风严重, 井下有效风量利益率低
由于采动的影响, 衰老矿井大部分设施安设在回风侧, 封闭的采空区、风门、风墙的裂隙都使得井下存在大量的漏风。
2 矿井通风系统优化改造解决途径
2.1 降低矿井通风阻力
通过风道扩修、增打并联风道、调整风道结构等方式, 改变矿井风阻特性曲线, 降低阻力, 提高风量。特别是对于回风段阻力过高的风网, 整修回风侧的巷道可以显著提高矿井的风量。
2.2 调整主通风机特性曲线
实施调整主要通风机特性曲线还可以获得很好的经济效益。通过风机电机调速、更换电机、改变电机功率或转数等方式, 调整主通风机特性曲线, 提高主通风机运行效率。
2.3 通风网络调整改造与主通风机调整相结合
改变矿井风阻特性与主通风机特性, 获取通风网络与主通风机相匹配的最佳工况点, 既保证矿井有足够的通风能力, 又实现主通风机的高效运行。矿井通风改造一般是一个综合的过程, 包括对井下通风设施的优化。
2.4 优化通风网络, 更换新型高效主通风机
衰老矿井生产系统和生产布局随着生产水平延深、采场的转移, 通风网络结构、风井的负荷都有很大改变。出现的问题有, 一是通风网络不合理;二是主通风机运行多年, 型号落后。必须进行对主通风机的更换, 彻底解决存在问题。
2.5 根据矿井水平和采场变化, 及时调整网络结构
在两翼风机工况不均衡情况下, 肥城矿区采用了利用总回风角联巷道平衡通风的方法, 使得两台风机都能发挥各自的能力, 取得最佳的平衡效果。
2.6 总进风与总回风的风量调整分配
优化布置并尽量减少矿井进风大巷和回风大巷风量分配不平衡现象。采区内系统优化调整, 重点解决阻力分布问题, 实现采区内部均压通风, 以防止自然发火和采空区瓦斯的大量涌出。
2.7 通风系统的局部地点, 应因地制宜地采取有针对性优秀措施
局部地区通风困难的地点, 可以采用安设辅助通风机的方法提高局部区域的风量。实施该方案时必需制定相应的辅助通风机管理措施和监测措施, 使用单独的供电线路, 并制定紧急停机情况下保障工作面风量, 防止瓦斯积聚的措施。
3 结论
针对矿井通风系统的实际现状, 有规划、有重点、按步骤、分阶段地组织各矿进行通风系统调整改造, 围绕通风系统调整优化工作, 近年以来全矿区共组织通风阻力测定上百次 (矿) , 建立通风网络模型并模拟解算调整优化方案近百个;完成新掘风道, 扩修改造风道, 更换主通风机, 更换风井的风机电机等措施。通过通风系统优化改造, 提高了矿井通风能力;降低了矿井通风阻力, 消灭了高负压通风矿井;减少了矿井瓦斯涌出量, 为肥城矿区控制重大瓦斯事故创造了有利条件;控制了自然发火事故, 保证了正常肥城矿区的安全生产。
参考文献
[1]徐永忻.采矿学[M].徐州:中国矿业大学出版社, 2003.
[2]黄元平.矿井通风[M].徐州:中国矿业大学出版社, 1995.
矿区改造 篇7
矿区变电站作为重要的电力枢纽和维持煤矿电力运转的设备, 承担了矿区的动力供应, 其安全稳定运行十分重要。汾西地区煤矿大多地处黄土高原的山西省中西部山地, 矿区电网输电线路基本远离城区, 大多穿越山谷, 其电气设施遭受雷击的概率较高。雷害事故造成的停电, 会造成矿井通风系统停运, 井内瓦斯气体积聚甚至引起爆炸, 人员生命安全存在隐患, 其带来的直接经济损失也是不可估量的[1-2]。本文通过对某矿区110kV变电站雷击事故的分析和相关研究, 找出矿区变电站防雷措施上存在的隐患和不足, 针对性地提出了切实有效的改造措施, 提高了矿区电网的供电可靠性。
1 变电站线路防雷措施基本情况
现场调研中的事故变电站属于某矿区枢纽性变电站, 设有2台40 000kVA主变压器, 电源取自周边2座110kV变电站。该变电站在供应附近2个矿井用电的同时, 还馈出4条35kV线路。35kV线路上采用单根避雷线对线路进行保护, 110kV线路上采用双根避雷线对线路进行保护。在110kVGIS进线开关柜分别装有一组避雷器, 110kV在I、II段母线上分别装有一组避雷器;4趟35kV出线开关柜各装一组避雷器, 35kV在I、II段母线PT柜内各装一组避雷器;35kV母联开关、1号主变压器开关、2号主变压器开关分别装一组避雷器;4趟35kV出线采用电缆出线, 在出线终端铁塔上分别装有一组避雷器。
2 雷害事故经过及调研分析
2.1 雷害事故经过
近年来汾西矿区变电站雷害事故呈逐渐递增的趋势。特别在近期该变电站遭受了一次严重的雷害事故。
事故中, 该110 kV变电站1 号主变压器110kV侧c相绝缘击穿损坏, 2号主变压器35kV侧a, b相绕组对地绝缘击穿损坏。35kV母线I段避雷器b相动作2次, c相动作1次, 4号线终端杆线路上安装的站用避雷器a相动作5次, c相动作1次, 4号线终端杆线路上安装的站用避雷器a相动作2次, c相动作1次, 35kV母线II段避雷器无动作记录。
2.2 雷害事故过程分析
造成此次雷害事故的这种强力雷雨天气比较少见, 无论是从雷电活动频繁度、雷电密度还是雷电强度来看。虽然过程中强雷电多次侵袭变电站线路, 但通过记录可以发现, 雷电并没有对110kV线路的安全运行造成影响, 问题集中在变电站35kV线路上。在雷电经过记录中, 变电站35kV线路上多次遭受雷击掉闸后又多次送电, 累计达14次, 可见35kV线路在雷电活动中频繁遭受雷击 (绕击或反击) , 并且雷电在35kV线路上产生的过电压, 在沿35kV线路侵入变电站过程中没能得到有效的衰减和泄放。记录中避雷器多次动作, 但没能阻拦多次雷击造成的过电压和大电流的短时间的冲击, 导致变压器多次遭受过电压和大电流的冲击, 使得变压器绝缘下降和损坏, 同时大电流产生的点动力造成绕组变形, 形成新的绝缘劣化, 并最终造成了变压器的损坏。
2.3 雷害事故现场调研和试验分析
2.3.1 现场调研分析
现场调研中发现矿区电网出于降低线路的雷击跳闸率的目的, 同时考虑到防污闪的需要加大了线路外绝缘的爬距, 采取了提高线路绝缘水平的措施。该变电站35kV线路用4片双伞裙防污绝缘子作为线路的绝缘 (图1) 。
虽然提高配电线路的绝缘水平可以降低雷击闪络率, 但线路绝缘提高后, 线路绝缘与变电站设备绝缘的配合可能会出现矛盾。如果线路上的雷电过电压不能泄放, 势必会侵入到发电厂、变电所造成雷电过电压过高。基于这样的矛盾, 对绝缘子进行实验室试验。
2.3.2 实验室试验分析
在实验室中对取得的双伞裙防污绝缘子进行U50%冲击放电电压试验 (图2) 。
试验设备为冲击电压发生器, 能够产生峰值为1 200kV的冲击电压波形与1.2/50μs的标准雷电波形。 用冲击电压发生器从51 kV/级 (峰值408kV) 到55kV/级 (峰值440kV) 每级电压分别进行10次冲击放电电压测试, 根据这10次闪络的相关情况来统计闪络的概率, 进而确定该4片双伞裙防污绝缘子的U50% 冲击放电电压值约为423kV[3]。
根据试验数据, 4片双伞裙防污绝缘子的雷电冲击放电电压为423kV (表1) 。
按国家标准, 变电站变压器35kV绕组的雷电冲击耐受值为200kV。变压器使用后随着绝缘老化, 其全波雷电冲击耐受一般都会下降。这样, 从35kV线路侵入的雷电过电压的幅值就有可能达到400kV以上, 线路的耐雷水平远高于变电设备的耐雷水平。
可见, 产生此次事故的核心问题是由于人为提高35kV线路的绝缘水平, 使得雷电在35kV线路上产生的过电压在沿线路侵入到变电站的过程中得不到有效的衰减和泄放, 而35kV线路与变电所设备在绝缘上的不匹配造成侵入到变电所的雷电波的陡度和幅值超过避雷器的额定承受能力, 避雷器的动作不能阻拦多次雷击造成的过电压和大电流的短时间的冲击, 最后使变压器上所承受冲击电压的最大值超过变压器的雷电冲击耐受值而造成变压器损坏。
3 改造措施
针对此次事故的2个主要问题:35kV线路进线段没有有效的过电压释放通道和进线段与变电站的绝缘不匹配, 提出了如下2个改造措施。
3.1 进线段前10级杆塔采用绝缘子保护间隙进行差异性保护
绝缘子保护间隙在改造措施中起到了3个作用:① 在线路遭受多次过电压和大电流短时间内的冲击时提供释放通道;② 解决35kV线路进线段和变电设备在绝缘配合上的矛盾;③ 保护绝缘子, 避免沿面放电对绝缘子的损伤。改造中, 采用球型可调过电压保护间隙对进线段线路前10级杆塔进行差异性保护改造。
对线路进变电所的前10级杆塔进行差异性保护改造分为2个部分:
(1) 对6—10级杆塔改造。首先, 在实验室内进行绝缘子与过电压保护间隙配合试验 (图3) , 通过试验数据选取绝缘子保护间隙的距离, 使之与线路绝缘子的雷电冲击动作值相配合, 对绝缘子进行保护。
在前面U50%冲击放电电压试验[4]中测得绝缘子串U50%冲击放电电压为423kV (表1) 。因为保护间隙要起到保护绝缘子的作用, 所以保护间隙的雷击动作值应低于线路绝缘子的雷电冲击动作值5%~10%左右。取绝缘子串U50%冲击放电电压的90%为保护间隙的放电临界电压, 即保护间隙临界电压为380.7kV (423kV×90%) 。通过试验测得4片悬式耐张绝缘子所并联的保护间隙长度为390mm (表2) [5]。
(2) 从杆塔第5级到终端塔的改造。为保证终端杆保护间隙的雷电冲击动作值与变电所主设备的绝缘水平相匹配, 起到配合站内避雷器的作用, 自第5级起开始逐步降低绝缘子保护间隙的距离。经过现场调研, 设定终端塔的保护间隙动作电压为220kV, 基于此再进行绝缘子与过电压保护装置配合试验。通过试验测得间隙距离为340mm[6-9]。
根据终端塔与第6 级杆塔的保护间隙差值 (表3) , 逐级调整保护间隙的距离, 形成阶梯型差异性保护。
3.2 ATP-EMTP仿真分析间隙多级保护效果
使用ATP-EMTP电磁暂态软件对矿区变电站35kV线路变电站进线段遭受雷击情况进行仿真。分析进站前5级杆塔加装保护间隙分级保护, 能否有效降低雷电波入侵变电站, 并对比只使用避雷器时的雷电波情况。
使用ATP-EMTP中的Flash Mode模型进行仿真。根据前面的U50% 冲击放电电压试验测得线路4片XWP2-70绝缘子的U50%冲击放电电压为423kV, 设置变压器的进站前5级杆塔加装绝缘子保护间隙。由于35kV穿墙套管绝缘子和变压器35kV绕组耐受雷电全波冲击电压为200kV, 其闪络电压分别取320, 300, 280, 260, 240kV。并根据现场调研的实际情况, 设置35kV架空线路模型和变压器模型。变压器高压侧避雷器型号选取YH5WS-52/134, 其冲击接地电阻设为Rg=10Ω, 接地引下线取l=8m。
仿真中选取幅值为10kA、波形为2.6/50μs、负极性的雷电流直击线路作为仿真研究的主要波形。选取变电站前5级杆塔处作为雷击点, 对线路C相模拟雷电波入侵, 仿真分析保护间隙对雷电波的抑制作用。仿真结果见表4。表中, V1C—V6C分别为前5 级杆塔处和变压器一次侧处的电压探针。
从表4可看出, 当C相遭受雷击 (Il=10kA) 时, 未加装组合间隙时变压器35kV侧V5C相, 雷电过电压约为302.3kV, 高于35kV变压器的高压侧绕组全波冲击耐受电压200kV, 在遇到此次事故这样的过电压和大电流的短时间的多次冲击时, 极易造成变压器受雷击而损坏。而加装间隙后, 变压器35kV侧雷电过电压为144.5kV, 过电压明显降低, 达到了进线段与变电站的绝缘匹配的目的。根据仿真结果 (图4) 可知, 安装保护间隙后, 35kV变压器侧 (V6C点) 过电压值从203.2kV下降至97.5kV。保护间隙对限制雷电过电压幅值有着明显的作用, 能降低变压器高压侧的雷电侵入波峰值, 对35kV变压器起到有效防雷保护作用。
3.3 采用树枝状接地装置降低杆塔接地电阻
输电线路杆塔的冲击特性直接反映输电线路的防雷性能, 降低其冲击接地电阻能有效提高输电线路的耐雷性能, 为了配合可调式保护间隙的运作, 必须对杆塔进行可靠接地[10]。 实地考察中发现35kV线路都位于山区, 土质为风化石或砂质土壤, 土壤比较干燥, 保水性很差, 个别杆塔的接地电阻率达到了380Ω·m, 为此, 通过实验室试验提出采用树枝状接地装置[11]来尽量降低杆塔的接地阻抗, 提高接地参数的稳定性。采用树杈状环形布置来降低冲击接地阻抗, 树干长为20m, 树杈长为5m, 如图5所示。
3.4 树枝状接地装置实验室试验
接地装置的冲击模拟试验原理如图6所示。
试验使用的冲击电流发生器产生8/20μs雷电流波型来满足试验的需要[12]。通过调整容器内胶状介质模拟土壤的电阻率及其变化。为了分析树枝状接地装置在高土壤电阻率土质山区的降阻效果, 采用材料总长度相等的水平放射极装置与之对比。鉴于最高380Ω·m的电阻率, 取100Ω·m与1 000Ω·m进行2次试验。
试验1:土壤电阻率ρ=100Ω·m, 接地装置埋深h=0.8m。水平单根放射极长为30m;树枝状树干长为20m, 树杈长为5m。在接地装置的中心点 (图7) 分别施加幅值为5、10、15、20、30、40kA, 波形为8/20μs的雷电冲击电流。
试验2:土壤电阻率ρ=1 000Ω·m, 接地装置埋深h=0.8m。水平单根放射极长为30m;树枝状树干长为20m, 树杈长为5m。在接地装置的中心点 (图7) 分别施加幅值为5、10、15、20、30、40kA, 波形为8/20μs的雷电冲击电流。
测得不同情况下雷电冲击电流 (I) 对应冲击接地电阻见表5, 对应的关系曲线如图8所示。
从图8可看出, 采用的接地导体的总长度相同时, 树枝状接地装置的冲击接地电阻均小于水平放射极接地装置的冲击接地电阻, 因此, 采用树枝状接地装置更有利于降低导体的冲击接地电阻。采用树枝状接地装置, 通过形成较多的火花放电区域来改善接地装置的散流性能, 从而减小冲击接地电阻, 提高线路的耐雷水平。
4 结语
煤矿变电站因管理水平较低, 存在较多问题和漏洞。此次变电站遭受雷击事故即是为降低雷击跳闸率而人为提高线路绝缘水平造成线路与站内绝缘不匹配引起的。通过分析此次事故发生的原因, 可以采取如下措施, 防止事故的发生。
(1) 针对35kV进线段缺少有效泄流通道、线路与变电站绝缘配合上的问题, 采用差异性综合防雷改造方案, 通过前10级杆塔安装绝缘子保护间隙来配合终端塔安装的线路避雷器进行差异性保护, 使沿线路入侵的雷电波在进线段得到有效的释放, 从而限制雷电侵入波峰值和陡度。使用ATP-EMTP模拟C相遭受雷击、过电压入侵变电站的过程, 对比加装绝缘子保护间隙前后变压器过电压的情况, 验证了保护间隙对限制雷电过电压幅值有着明显的作用。
(2) 杆塔接地电阻过高是引起此类事故的重要原因之一。采用铺设树枝状接地装置来改善散流性能, 进一步通过减小杆塔接地电阻来降低前10级杆塔冲击接地阻抗。
参考文献
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矿区改造 篇8
新一变电所隶属黑龙江省鹤岗诚基水电热力有限责任公司, 主要负责对整个新一煤矿及周边区域供电。该所使用的是电磁式继电保护装置, 运行维护工作量大且维护成本高, 接线复杂, 可靠性差, 整定值偏差大;继电器接点易卡死、断线, 接点接触不良;故障和异常情况时其准确性和可靠性较低, 直接威胁电气系统的安全运行。
该公司经过认真论证、研究, 决定采用先进的微机保护装置替代电磁保护装置。改造工程包含备自投、所用电、6 k V和10 k V馈线、系统联络线、分段、母联、主变保护等的改造, 目前已全部安装调试完毕并投入运行, 运行状况良好, 设备性能稳定。在几次系统故障中均可靠动作, 完全达到改造的预期效果。
二、系统设计方案
变电所微机综合自动化系统配置方案网络结构如图1所示。
由图1可知, 系统主要分为两部分:一部分是由微机监控保护装置、微机监控装置及其他智能设备等组成的下位系统;另一部分由计算机、通讯机等后台系统等组成的上位系统 (也叫工作站) 。工作站采用PC机和人机界面软件, 称为“站控机”。新一变电站采用2台站控机、1台五防机设计, 以保证工作站的可靠性及数据远传、远方监控。变电所微机综合自动化系统的主要任务是对上述设备进行保护和远程监控。其主要功能如下。
1.保护。技能从电网中迅速切除故障设备和线路。
2.遥测。包括测量各设备的电压、电流、功率等参数以及刀闸位置、开关状态量、变压器油温等。
3.遥信。包括开关、断路器位置、事故跳闸总信号、预告信号、保护动作信号和异常信号、系统各工作站状态信号、直流系统信号、设备状态、保护动作信息等。
4. 遥控。包括开关量输出、断路器的闭合和断开等。
5. 遥调。包括变压器分接头调整, 系统电量、频率、功率因数、保护定值调整等。
6. 站监控和管理。包括报警、历史记录、报表打印、顺序故障记录 (SOE) 、故障录波等。
7. 与调度中心计算机通讯。
8. 实现微机五防闭锁功能。
三、系统主要设计原则
1. 变电所设计改造时, 下位系统各装置和工作站计算机设备应相互独立。下位系统各装置完成的功能不依赖通讯网络, 系统中任何装置的局部故障不会影响其他装置的正常工作。
2. 严格遵循监控、保护、通讯相互独立配置的原则, 以保证监控功能万一出现异常情况时保护功能独立发挥作用。
3. 系统采用模块化、分布式结构。全部装置应集中组屏, 以简化二次系统的设计, 节省复杂的电缆带来的大量设计、施工、维护工作, 缩短施工投运周期。
4. 通讯网络系统采用标准化软硬件组成, 以满足今后计算机高速发展的需求, 其兼容性、扩充性、互换性要好。
5. 系统采用信号隔离技术, 软、硬件滤波, 还要有防雷击、屏蔽接地等一系列抗干扰措施。
6. 系统的软件设计采用开放性的设计思想, 能将与通讯协议不同的其他设备 (如智能电度表、小电流接地选线装置、五防闭锁装置等) 的信息接入微机自动化系统。
7. 系统具有功能较强的人机对话接口及全汉化的友好界面, 系统画面、打印、组态方便, 既可召唤打印亦可实时打印。
四、保护改造的实际问题
1. 因该变电所负荷的特殊性, 不能采用全停电方式进行安装改造, 只能根据实际情况采取分段、分路停电的方式进行改造。因此, 由于保护屏的布置方式不同, 在安装时, 有整屏全停电的, 也有部分停电的, 这就需要在安全措施上特别注意。
2. 原保护二次回路较乱, 回路之间过线较多, 情况较为复杂。因此, 改造前一定要查清回路, 尤其是回路之间的过线等, 保证将回路的电断开, 保证未过渡保护单元不能失电。
3. 为防止计算机故障时无法操作被控设备, 在设计上要保留人工直接跳、合闸手段, 确保这两种控制方式之间能互相切换、相互闭锁。
五、工程施工要求
1. 施工前制订详细的组织措施、技术措施、安全措施及危险点和施工方案, 要组织相关人员讨论学习。
2. 施工时必须依照有关电力安全规定办理开工手续, 办好工作票, 做好安全措施, 严格执行工作票制、工作许可制、工作监护制以及工作间断、转移、终结制度。施工中严禁违章指挥、违章作业、违章施工。施工人员穿戴好电气防护用品, 保证施工安全。
3. 施工必须符合电气设备安装验收规范规定。施工完成后, 调试设备与运行生产系统联系, 并使用经审定批准的试验方案或试送电方案, 保证安全生产。
4. 施工中所有施工器具、材料、设备等, 必须与带电运行的设备保持安全距离。施工时应按施工方案进行, 做好人员分配, 保证现有工作秩序, 做好安全监护。
六、微机保护的选型
在100 kV以下变电所微机保护系统装置改造工程中, 一般选用国产微机保护装置。国外微机保护装置虽然技术先进, 产品集成化程度高, 但是基本上是英文版界面, 维护调试不方便, 其生产的微机保护装置产品主要运用于大型发电厂和超高压变电站, 许多保护原理及性能不适应国内110 k V以下电气系统的保护配置实际和需求。并且价格高, 安装后维护、售后服务都不方便。