火电厂防雷

发电厂防雷解决方案-火力发电厂直击雷防护、火力发电厂电位敷设与接地系统 、火力发电厂发电屏蔽处理措施 火力发电是现在电力发展的主力军,近年电力发展滞后经济发展,全国上了许多火电厂,但火电技术必须不断提高发展,才能适应和谐社会的要求。

一、雷电与火力发电的防护

1.1、雷电的入侵途径,主要为直击雷和感应雷。

A.直接雷击:

雷云之间或雷云对地面某一点(包括建筑物、构架、树木、动植物等)的迅猛放电现象称之为直接雷击,它因电效应、热效应、和机械力效应等造成物体损坏和人员伤亡。

B.感应雷击:   

雷云放电时,在附近导体上(包括架空电缆、埋地电缆、钢轨、水管等)产生的静电感应和电磁感应等现象称之为感应雷击,它因过电压、过电流易对微电子设备造成损坏、伤害工作人员、使传输或储存的信号或数据(模拟或数字)受到干扰或丢失。

火电厂是利用煤、石油、天然气作为燃料生产电能的工厂,它的基本生产过程是:燃料在锅炉中燃烧加热水使成蒸汽,将燃料的化学能转变成热能,蒸汽压力推动汽轮机旋转,热能转换成机械能,然后汽轮机带动发电机旋转,将机械能转变成电能;其分类有:按燃料分,燃煤发电厂,燃油发电厂,燃气发电厂,余热发电厂,以垃圾及工业废料为燃料的发电厂;按蒸汽压力和温度分,中低压发电厂(3.92MPa,450度),高压发电厂(9.9MPa,540度),超高压发电厂(13.83MPa,540度),亚临界压力发电厂(16.77MPa,540度),超临界压力发电厂(22.11MPa,550度);按原动机分,凝气式汽轮机发电厂,燃气轮机发电厂,内燃机发电厂,蒸汽—燃汽轮机发电厂等;按输出能源分,凝汽式发电厂(只发电),热电厂(发电兼供热);按发电厂装机容量分,小容量发电厂(100MW以下),中容量发电厂(100—250MW),大中容量发电厂(250—1000MW),大容量发电厂(1000MW以上);我国目前最大的火电厂:浙江北仑港电厂,装机容量300万KW(即3000MW),5台60万KW(600MW)机组。

  火力发电是现在电力发展的主力军,在现在提出和谐社会,循环经济的环境中,我们在提高火电技术的方向上要着重考虑电力对环境的影响,对不可再生能源的影响,虽然现在在中国已有部分核电机组,但火电仍占领电力的大部分市场,近年电力发展滞后经济发展,全国上了许多火电厂,但火电技术必须不断提高发展,才能适应和谐社会的要求。

火力发电厂的主要系统包括汽水系统、燃烧系统和电气系统,现分述如下:

(一)汽水系统:

火力发电厂的汽水系统是由锅炉、汽轮机、凝汽器、高低压加热器、凝结水泵和给水泵等组成,他包括汽水循环、化学水处理和冷却系统等。水在锅炉中被加热成蒸汽,经过热器进一步加热后变成过热的蒸汽,再通过主蒸汽管道进入汽轮机。由于蒸汽不断膨胀,高速流动的蒸汽推动汽轮机的叶片转动从而带动发电机。为了进一步提高其热效率,一般都从汽轮机的某些中间级后抽出作过功的部分蒸汽,用以加热给水。在现代大型汽轮机组中都采用这种给水回热循环。此外,在超高压机组中还采用再热循环,既把作过一段功的蒸汽从汽轮机的高压缸的出口将作过功的蒸汽全部抽出,送到锅炉的再热汽中加热后再引入气轮机的中压缸继续膨胀作功,从中压缸送出的蒸汽,再送入低压缸继续作功。在蒸汽不断作功的过程中,蒸汽压力和温度不断降低,最后排入凝汽器并被冷却水冷却,凝结成水。凝结水集中在凝汽器下部由凝结水泵打至低压加热再经过除氧气除氧,给水泵将预加热除氧后的水送至高压加热器,经过加热后的热水打入锅炉,再过热器中把水已经加热到过热的蒸汽,送至汽轮机作功,这样周而复始不断的作功。在汽水系统中的蒸汽和凝结水,由于疏通管道很多并且还要经过许多的阀门设备,这样就难免产生跑、冒、滴、漏等现象,这些现象都会或多或少地造成水的损失,因此我们必须不断的向系统中补充经过化学处理过的软化水,这些补给水一般都补入除氧器中。主要用到的防雷器:485控制型号防雷器,一般为12V、24V、48、110V;

(二)燃烧系统

燃烧系统是由输煤、磨煤、粗细分离、排粉、给粉、锅炉、除尘、脱流等组成。是由皮带输送机从煤场,通过电磁铁、碎煤机然后送到煤仓间的煤斗内,再经过给煤机进入磨煤机进行磨粉,磨好的煤粉通过空气预热器来的热风,将煤粉打至粗细分离器,粗细分离器将合格的煤粉(不合格的煤粉送回磨煤机),经过排粉机送至粉仓,给粉机将煤粉打入喷燃器送到锅炉进行燃烧。而烟气经过电除尘脱出粉尘再将烟气送至脱硫装置,通过石浆喷淋脱出流的气体经过吸风机送到烟筒排人天空。主要用到的防雷器:485控制型号防雷器,一般为12V、24V、48、110V;

(三)发电系统

发电系统是由副励磁机、励磁盘、主励磁机(备用励磁机)、发电机、变压器、高压断路器、升压站、配电装置等组成。发电是由副励磁机(永磁机)发出高频电流,副励磁机发出的电流经过励磁盘整流,再送到主励磁机,主励磁机发出电后经过调压器以及灭磁开关经过碳刷送到发电机转子,当发电机转子通过旋转其定子线圈便感应出电流,强大的电流通过发电机出线分两路,一路送至厂用电变压器,另一路则送到SF6高压断路器,由SF6高压断路器送至电网。主要用到的防雷器:电源防护三相385V、275V;单相275V;直流48V;485控制型号防雷器,一般为12V、24V、48、110V;

火力发电的防雷其次还有,煤炭运输系统、烟灰排放系统、告警系统等,主要是电源和控制新号的防护;

最主要的是发电厂的接地系统防护:

二、 火力发电厂直击雷防护

    该火力发电主体高度约80米,长度约40米,即火力塔最高点高度约为120米,且大多数火力发电厂位于空旷地带,较孤立。火力塔的高度加上所处特殊的环境,造成塔发电厂在雷雨天气时极易遭受直击雷。

    国际电工委员会对防雷过电压保护的防护区域划分为:LPZ0 区(LPZ0A、LPZ0B),LPZ1 区,LPZ2 区。   

    在金属塔架接地良好的情况下,火力塔塔的外部(包括舱)、塔架外部(包括塔架)、箱式变压器应属于LPZ0 区,这些部位是遭受直击雷(绕雷)或不遭受直击雷但电磁场没有衰减的部位。机舱内、塔架内的设备应属于 LPZ1 区,这其中包括电缆、发电机、齿轮箱等。塔架内电气柜中的设备,特别是屏蔽较好的弱电部分应属于 LPZ2。

    对与现有火力塔发电机的 LPZ0 区防雷过电压保护装置进行分析后,在 LPZ0 区内,直击雷的防护在没有技术突破的前提下仍然沿用传统的富兰克林避雷方法:利用自身的高度使雷云下的电场发生畸变,从而将雷电吸引,以自身代替被保护物受雷击,以达到保护避雷的目。

  根据火力塔发电机的使用性质及其重要性,参照《建筑物防雷设计规范》50057-94(2000版)关于建筑物的防雷分类,可以将火力发电厂划分为二类防雷建筑。二类防雷建筑对应的滚球半径为45米,根据电气—几何模型

    hr=10·I0.65

    hr——雷闪的最后闪络距离(击距),即滚球半径

    I——与hr对应的得到保护的最小雷电流幅值(KA),即比该电流小的雷电流可能击到被保护的空间。

    当hr=45米时,I=10.1KA,即在选用滚球半径为45米时,当雷电流大于10.1KA时,雷电闪击就会击在接闪器上;当雷电流小于10.1KA时,会发生绕机,即雷电可能击在被保护物上,而不是接闪器上;如果被保护物自身的高度超过45米时,还会发生侧击,即发生雷电时,闪击可能击在塔身上(塔身高约80米)。根据莫斯科灯塔观测到的雷击,有多次时击在灯塔下方的,即发生了侧击。同时,较大的高度使得上行雷的概率增大。由于火力塔发电机塔身较高,使得积雨云下端与火力塔的距离接近,大气电场强度突增,导致发生局部的空气击穿而产生向上发展的流光,终至出现上行先导。

    关于火力塔发电机的雷击概率,可以参照《高层建筑电气设计手册》提供的一个估算的经验公式。它是根据美国、波兰、日本、瑞典对特高层建筑的观察记录,得出的经验公式:N=3×10-5H2

    H的单位为m,适用于1KL=10.由此可以估算出,在1KL=30 的地区(上海接近此数),100m高的建筑,每年大约遭受1次雷击。从这个公式中可以揭示出一个规律,即高层建筑雷击概率与其高度的平方成正比。

    以上直击雷的防护是建立在一个有良好接地体的基础上的,参照《建筑物防雷设计规范》GB50057-94 及《微波站防雷与接地设计规范》YD2011-93 相关条款,火力塔发电机厂防雷接地电阻不能小于5Ω。

三、火力发电厂电位敷设与接地系统 

接地是防雷技术中重要的环节,没有合理而良好的接地装置就不能有效地防雷。 

GB50057-94《建筑物防雷设计规范》(2001版)第6.3.4条规定:“穿过各防雷区界面的金属物和系统,以及在一个防雷区内部的金属物和系统均应在界面处作符合要求的等电位连接。

四、火力发电厂发电屏蔽处理措施 

屏蔽是减少电磁干扰的基本措施。

GB50057-94《建筑物防雷设计规范》(2001版)第6.3.1条规定:为减少电磁干扰的感应效应,宜采取以下的基本屏蔽措施:建筑物和房间的外部设屏蔽措施,以合适的路径敷设线路线路屏蔽。这些措施宜联合使《民用闭路监视电视系统工程技术规范》GB50198-94第2.3.9条“同轴电宜采用穿管暗敷或线槽的敷设方式。当必须采取架空敷设时,应采取防干扰措施”。 

传输线埋地敷设并不能阻止雷击设备的发生,大量的事实显示,雷击造成埋地线缆故障,大约占总故障的30%左右,即使雷击比较远的地方,也仍然会有部分雷电流流入电缆。所以采用带屏蔽层的线缆或光缆穿钢管埋地敷设,保持钢管的电气连通。对防护电磁干扰和电磁感应非常有效,这主要是由于金属管的屏蔽作用和雷电流的集肤效应。如电缆全程穿金属管有困难时,可在电缆进入终端和终端设备前穿金属管埋地引入,但埋地长度不得小于15米,在入户端将电缆金属外皮、钢管同防雷接地装置相连。 

五、施工工艺

5.1.1钢质接地装置宜采用焊接连接,其搭接长度应符合下列规定

5.1.2:扁钢与扁钢搭接为扁钢宽度的2倍,不少于三面施焊;

圆钢与圆钢搭接为圆钢直径的6倍,双面施焊;

扁钢和圆钢与钢管、角钢互相焊接时,除应在接触部位两侧施焊外,还应增加圆钢搭接件;

焊接部位应做防腐处理。

铜质接地装置应采用焊接或熔接,钢质和铜质接地装置之间连接应采用

熔接或采用搪锡后螺栓连接,连接部位应做防腐处理。

5.1.3接地装置连接应可靠,连接处不应松动、脱焊、接触不良。

5. 1.4接地装置施工完工后,测试接地电阻值必须符合设计要求,隐蔽工程部

分应有检查验收合格记录。

5. 1.5接地线与接地体的连接应采用焊接。保护地线(PE)与接地端子板的

连接应可靠,连接处应有防松动或防腐蚀措施。

5. 1.6接地线与金属管道等自然接地体的连接,应采用焊接。如焊接有困难时,

可采用卡箍连接,但应有良好的导电性和防腐措施。

5.2 电源线路电涌保护器(SPD)的安装应符合下列规定:

5.2.1电源线路的各级电涌保护器(SPD)应分别安装在被保护设备电源线路的前端,电涌保护器各接线端应分别与配电箱内线路的同名端相线连接。电涌保护器的接地端与配电箱的保护接地线(PE)接地端子板连接,配电箱接地端子板应与所处防雷区的等电位接地端子板连接。各级电涌保护器(SPD)连接导线应平直,其长度不宜超过0.5m。

5.2.2带有接线端子的电源线路电涌保护器应采用压接;带有接线柱的电涌保护器宜采用线铜鼻子与接线柱连接。

5.2.3电涌保护器SPD应安装牢固,其位置及布线正确。

5.2.4 电源电涌保护器(SPD)的连接导线最小截面积宜符合下表的规定。

电源电涌保护器(SPD)连接线最小截面积

防护级别

SPD的类型

导线截面积(2)

SPD连接相线铜导线

SPD接地端连接铜导线

第一级

开关或限压型

16

25

第二级

限压型

10

16

第三级

限压型

6

10

5.3信号线路电涌保护器(SPD)的安装应符合下列规定:

5.3.1线路电涌保护器SPD应连接在被保护设备的信号端口上。电涌保护器SPD输出端与被保护设备的端口相连。电涌保护器SPD也可以安装在机柜内,固定在设备机架上或附近支撑物上。

5.3.2信号线路电涌保护器SPD接地端宜采用截面积不小于1.5mm2的铜芯导线与设备机房内局部等电位接地端子板连接,接地线应平直。

5.3.3电涌保护器SPD应安装牢固,其位置及布线正确。

5.3.4信号电涌保护器(SPD)的连接导线最小截面积宜符合下表的规定。

信号电涌保护器(SPD)连接线最小截面积

防护级别

SPD的类型

导线截面积(2)

SPD连接铜导线

SPD接地端连接铜导线

第一级

半导体器件

4

6

5.4 线缆敷设施工工艺要求

5.4.1接地线在穿越墙壁、楼板和地坪处应套钢管,钢管应与接地线做电气连通。

5.4.2线槽或线架上的线缆,其绑扎间距应均匀合理,绑扎线扣应整齐,松紧适宜;绑扎线头宜隐藏而不外露。

5.4.3接地线的敷设应平直、整齐。

六、 工程施工细则

6.1 施工准则

根据中国气象局制定的《防雷工程专业施工资质管理办法》中的若干规定及我公司《防雷工程施工质量手册》相关标准,结合工程施工具体实际,特制定本实施细则。

6.2 施工方案

6.2.1电源部分:

第一步骤:SPD的定位,根据SPD安装规范,SPD距配电设施越近越好,距离不宜超过5~10米,最好装在电源配电箱内或加装在电源箱旁。

第二步骤:SPD的连接,SPD的连接螺丝要拧紧,导线接口施工规范,施工时要断电操作,以保证安全。

6.2.2信号部分

保证线路安全畅通、不间断,安装时要特别注意线不能接反、接错。

6.2.3地网

在不影响正常工作的情况下进行,先在建筑物外施工,而后进行与建筑物内均压环连接。

6.2.4等电位

在不影响正常工作的情况下进行等电位连接。

6.3施工时间

具体时间由客户提出。


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