摘要：黄南州隆务河流域现已建成并投入运行的有13座小型水力发电站。近几年，黄南州防护雷电中心在对其进行防雷装置安全性能检测中发现，大多数水电站存在一定的防雷安全隐患，其中郭么日电站和奴合加电站分别在2003年和2009年发生了两起雷灾事故。本文针对这些水电站普遍存在的防雷安全隐患和对两起事故的成因分析，提出了系统解决这些水电站防雷安全隐患对策和防护措施。
1 引言
隆务河在黄南州境内流经里程达144公里，理论水电蕴藏量22.05万千瓦，可建15座梯级小型水电站。现已建成多哇、曲库乎、江什加、唯哇、铁吾、年都乎、郭么日、奴合加、隆务、麻巴、隆峡、才塘、古浪堤13座小型水电站，峡口、当顺水电站正在建设中。这些水电站的开发建设，对促进县域经济发展，增加地方收入发挥着重要作用。这些水电站设备运行电压通常在35KV及以下，其绝缘水平较低，站址又大多地处河谷地带，场区及周围土壤电阻横向变化率较高，加之同仁地区年平均雷暴日数为44.1天/年，属雷暴高发区，水电站在雷雨季节极易发生雷击事故。2003年5月23日和2009年6月18日，郭么日水电站和奴合加水电站分别发生了两起雷击事故，机房内设备遭雷击过电压袭击，造成电流互感器和直流盘等设备严重损坏，致使水电站长时间停止运行，经济损失较大。为此，做好这些小型水电站的雷电防护工作，对于保护人身和设备安全，保证水电站的安全运行具有十分重要的意义。
2 存在的雷灾隐患及原因分析
2.1 近几年，通过对这13座水电站进行防雷装置安全性能检测中发现，这些水电站在设计施工中尽管都考虑了一定的防雷措施，但由于电站建设年代不同，最早的铁吾水电站建于上世纪70年代，当时相应的国家标准和技术规范尚未完善，所采取的防御措施技术相对落后。在检测中发现，各站所采用的防护方法都不尽相同，尽管在后期采取了一些改进措施，大多数水电站还是从根本上没有解决系统防护问题，加上人为考虑电站规模小，主变压器容量不大，施工中为了节省投资而忽视了共用接地网设置、雷电感应和雷电波侵入防护等问题，这对于后期采用了计算机控制设备的水电站，由于设备的自动化程度高，其耐压水平低，在遭遇雷击时，很容易造成设备损坏。
2.2 通过分析，存在以上问题的主要原因有
2.2.1 接地网设置不合理，钢材质量差，截面积小，数量不足，埋深不够，加上接地网焊接质量差，锈蚀严重，导体连接不良，造成接地电阻偏大。“5.23”郭么日电站雷击事故后，经对该升压站接地网实测，其工频接地电阻为43.5Ω，远大于规范允许的标准值。
2.2.2 避雷器接地引下线用材和连接不合理，有些电站使用裸铝线并直接引至地下与接地网连接，地下连接处又因长期受土壤腐蚀生锈，造成引下线与接地网间的电气接触不良，当雷电流入侵避雷器放电时，雷电流无法迅速有效地泄入大地，其残压作用在被保护设备上，如变压器的中性点形成反击电压，使变压器高压侧绝缘击穿，或经变压器低压侧窜入低压配电设备造成事故。“6.18”奴合加电站雷击事故，就是由于避雷器接地不畅，使作用在电流互感器上的残压远大于其耐受能力而造成击穿的典型事例。
2.2.3 部分电站场区内低压线路采用架空，存在极大安全隐患。如郭么日电站就是采用“厂变”400V低压架空供给生活区和埋地进入机房内控制设备的，架空线经过区域附件有3棵高大杨树，“5.23”郭么日雷击事故就是树木引发雷击后，感应雷电流沿架空线经“厂变”低压侧窜入机房低压配电柜内，造成一组3个直流盘严重受损。 2.2.4 用塔式避雷针的构架做路灯支柱，当避雷针上落雷时引起的感应雷电流将沿路灯电源线将雷电流引入室内而造成危害。在检查中发现，铁吾水电站、曲库乎水电站和年都乎水电站都存在此种安全隐患。 2.2.5 避雷针的接地网与电站的主接地网间隔过小，针身与被保护设备构架之间的距离过小，容易引起雷电反击过电压。多哇水电站和麻巴水电站就存在这种问题。
2.2.6 选用的避雷器质量低劣或安装不符合规范要求。
3 应采取的防雷措施及对策
3.1 直击雷过电压保护
3.1.1配电装置直击雷过电压保护电站进线保护段以内的屋外屋内配电装置，主变压器以及其间的联接导线等是直击雷过电压保护的重点对象，可装设避雷针（线）加以保护，其保护范围严格按《建筑物防雷设计规范》和《电力设备过电压保护设计技术规程》要求计算，处在LPZ0区的保护对象，要按照第二类防雷建筑物的标准进行计算，处在LPZ1区的保护对象按第三类防雷建筑物标准进行计算，另外，电站内油处理室，易燃材料仓库等也应列入避雷针（线）保护范围。
3.1.2 装设避雷针（线）时注意的问题（1）隆务河流域所有小型水电站，配电装置的电压等级都在35KV及以下，因其绝缘水平低，故不宜将避雷针（线）装设在构架或厂房顶上。在主变压器“Π”型构架上也不能装设避雷针或拉避雷线。避雷针与被保护物设备、构架及厂房顶之间应有足够的距离（S≥5m），以避免雷电反击。2005年5月，在对曲库乎电站和铁吾电站的首次防雷检测时发现，这两座电站升压站没有设置独立避雷针保护，只是在主变压器的“Π”构架上架设了两支3m高的避雷针，由于与主变压器安全距离较近，存在产生反击过电压的危险。提出整改意见后，电站管理单位及时按规范要求安装了独立避雷针，消除了安全隐患。（2）避雷针（线）应设独立的接地网，接地电阻不能大于10Ω。在高土壤电阻率地区，独立避雷针（线）的接地装置可与主接地网连接，但在地中连接导线的长度不得小于15m。（3）避雷针（线）的引下线应保证雷电流通过时不被溶化，一般可用直径不小于10㎜的热镀锌圆钢，或不小于4㎜×40㎜的热镀锌扁钢，引下线与接地网之间和连接一律采用焊接，单面焊缝长度不小于80㎜，并对焊接部分进行防锈处理。
3.1.3 厂房直击雷过电压保护电站厂房顶一般不能装设避雷针，以免招引落雷，增加雷电反击事故和引起继电保护的误动作。考虑到隆务河流域属多雷区，应在这些电站的厂房顶边缘或屋脊设置低矮的避雷带，以保护厂房免遭直击雷破坏。
3.2雷电波侵入过电压保护当线路上落雷时，雷电流就会沿着线路侵入升压站，这种雷电波幅值往往很高，容易造成主变压器和其他电气设备发生绝缘损坏。可以通过安装避雷器和进线保护予以消除。
3.2.1 安装避雷器在电站母线上装设避雷器，以限制侵入波过电压的幅值，避雷器的主要型式有阀型避雷器、管型避雷器和金属氧化锌避雷器等。
3.2.2 架设进线保护在电站进线段装设1～2KM的架空避雷线，以保护进线不受直击雷而产生较强的侵入雷电波，可以有效限制侵入波的电流幅值和电压陡度。
3.2.3 施工时应注意的事项（1）除独立避雷针（线）外，各种不同用途和不同电压等级的电气设备接地都应使用一个总的接地网，接地电阻要求小于4Ω。发电机、变压器的中性点、避雷器接地引下线及其他设备的每一单元，均用单独接地线与总接地网主干线连接，所有的电气连接应使用电焊或用螺丝紧固。（2）避雷器与被保护设备之间的连接距离应越短越好。如果电气距离过大，则雷电波在导线上会多次反射，使被保护设备上所受到的电压超过避雷器上的电压而产生危险。（3）由于隆务河流域所有小型水电站地处多雷区，为了防止在雷击发生时，变压器低压侧的进线上产生雷电波残压危害发电机组，要求在发动机母线处安装一组正规厂家生产的合格且符合设计要求的低压避雷器。（4）进线段避雷线的保护角一般采用20°～30°，最大不应超过30°。
3.3 感应过电压保护电站内的感应过电压主要威胁有两个方面：一是雷击时产生在电气设备上具有一定幅值的感应过电压，可以通过可靠接地和等电位连接予以消除。二是威胁发电机绝缘的感应过电压，通常在发电机母线上装设电容器加以防护。
4 结束语
为了保证隆务河流域这13座小型水电站的安全运行，在雷雨季节有效避免和减少雷击事故，保护人身和设备安全，对于电站的防雷设计及施工，笔者认为：（1）设计人员应严格按照国家有关规程规范进行认真设计，同时要深入现场，理论联系实际，使方案设计更具针对性和适用性。（2）选择直击雷保护措施时，应该根据电站所处的具体位置确定方案，在一些特殊地形和区域可采用加密方式进行防护，尽量保护建筑物和电力设施免遭直击雷袭击。（3）做好电气设备的安全工作，所有电气设备均应可靠接地，以保证人身和设备安全。（4）每年雷雨季节来临前，主动申请具备相应资质的检测机构对水电站的防雷装置进行安全性能检测，以保证雷电防护系统正常工作。
参考文献
[1]《小型水力发电站设计规范》(GB50057-2002).
[2]《电气装置安装工程 接地装置施工及验收规范》(GB50169-2006).
[3]《电力设备过电压保护设计技术规程》(SDT7-79).
[4]《建筑物防雷设计规范》(GB50057-94(2000版).