礦山安全科普丨非煤礦山變電所防雷措施有哪些？
非煤礦山作為國民經濟的重要基礎產業(yè)，其電力系統(tǒng)猶如礦山的“生命線”，而變電所則是這條生命線上的核心樞紐。礦山多處于地勢復雜、雷電活動頻繁的山區(qū)或丘陵地帶，變電所一旦遭受雷擊，輕則導致設備損壞、生產中斷，重則引發(fā)火災、爆炸乃至人員傷亡，后果不堪設想。因此，構建科學、完善、可靠的防雷體系，是保障非煤礦山變電所安全穩(wěn)定運行、保護人員生命財產安全的剛性需求。
一、非煤礦山變電所雷擊危害分析
雷電對變電所的危害形式主要分為三類：
直擊雷危害： 雷電直接擊中變電所建筑物、室外配電裝置（如母線、變壓器、開關設備）或進出線構架。巨大的雷電流會產生強烈的熱效應（燒蝕、熔斷）和機械效應（爆裂、變形），瞬間摧毀設備本體。
雷電感應危害：
靜電感應： 雷云對地放電前，變電所內導體因靜電感應積聚大量異性電荷。主放電發(fā)生時，這些電荷失去束縛形成強大的瞬間浪涌電壓，擊穿設備絕緣。
電磁感應： 雷電流在空間產生劇烈變化的強磁場，使變電所內閉合導體回路感應出極高的過電壓（浪涌），損壞電子設備、二次系統(tǒng)及絕緣。
雷電波侵入危害： 雷電擊中與變電所相連的架空電力線、信號線或金屬管道，雷電流（或過電壓波）沿著這些導體侵入變電所內部，對連接在線路上的設備造成毀滅性沖擊。
非煤礦山變電所因其環(huán)境特點（如土壤電阻率高、地質條件復雜）、設備重要性以及可能存在的易燃易爆環(huán)境（如附近有炸藥庫），其防雷要求往往比常規(guī)民用或工業(yè)變電所更為嚴苛。
二、非煤礦山變電所綜合防雷措施
針對上述雷害形式，必須采取“外部防護”與“內部防護”相結合、技術措施與管理措施并重的綜合防護策略。
（一）外部防雷：構筑第一道防線
外部防雷的核心是安全、有效地引導直擊雷電流泄放入地，保護建筑物和室外設備免遭直接雷擊損害。
接閃（引雷）：
接閃器選擇： 優(yōu)先采用避雷針、避雷帶（網）或兩者結合的方式。避雷針適用于保護突出設備或構架；避雷帶（網）則均勻敷設在建筑物屋頂邊緣和易受雷擊部位（如屋脊、屋檐、屋頂設備平臺）。
保護范圍計算： 嚴格按照國家標準《建筑物防雷設計規(guī)范》(GB 50057)采用“滾球法”精確計算接閃器的保護范圍，確保變電所所有建筑物、露天配電裝置、進出線構架等均處于有效保護區(qū)內，無保護盲區(qū)。
材料與安裝： 使用熱鍍鋅圓鋼或扁鋼，確保足夠的機械強度和耐腐蝕性。連接必須牢固可靠（焊接或專用連接器），導電通路連續(xù)。
引下（導流）：
引下線布置： 引下線應沿建筑物外墻均勻對稱布置，間距符合規(guī)范要求（通常不大于18米）。優(yōu)先利用建筑物鋼筋混凝土柱內的主鋼筋作為自然引下線（需電氣貫通），或明敷設熱鍍鋅扁鋼/圓鋼。
路徑最短化： 引下線應盡量短直，減少彎曲，以降低電感，減小雷電通過時的感應過電壓和電磁干擾。
防接觸電壓與跨步電壓： 明敷引下線在人員可觸及的高度（通常地面以上1.8米至地下0.3米）應套絕緣管或采取其他防直接接觸措施。在引下線入地點附近地面，可鋪設高電阻率路面（如瀝青）或采用網狀接地裝置降低跨步電壓風險。
接地（泄流）：
結構： 采用以水平接地體為主、垂直接地極為輔的復合接地網。水平接地體埋深不小于0.8米（凍土層以下），形成閉合環(huán)形網格。
降阻措施： 對高土壤電阻率地區(qū)，必須采用換土、添加長效降阻劑、深井接地、外引接地（需確保距離與連接可靠性）或電解離子接地極等有效降阻措施。
接地電阻值： 嚴格滿足規(guī)范要求。獨立避雷針接地電阻通常要求≤10Ω；變電所工作接地、保護接地和防雷接地共用接地網時，接地電阻要求≤4Ω（或按設備要求，取最小值）。必須定期測量并確保達標。
接地網設計： 這是防雷系統(tǒng)的根基。非煤礦山常面臨土壤電阻率高、可利用面積受限等問題，需精心設計：
等電位連接： 將變電所內所有金屬構件（建筑鋼筋、設備外殼、金屬管道、電纜橋架、走線架等）、防雷裝置（接閃器、引下線、接地網）以及外來金屬導體（如電纜金屬外皮、金屬水管）在接地基準點（ERP） 處或通過等電位連接帶（環(huán)） 實現(xiàn)可靠的電氣連接。這是消除電位差、防止火花放電的關鍵，尤其在爆炸危險環(huán)境附近。
（二）內部防雷：抵御入侵與感應
內部防雷的核心是限制雷電產生的瞬態(tài)過電壓（浪涌）和電磁場對室內電氣電子設備的損害。
浪涌保護器（SPD）防護：
第一級（粗保護）： 安裝在變壓器低壓側總配電柜進線處或10kV開關柜母線上（針對高壓侵入），選用開關型或限壓型SPD（如10/350μs波形），泄放絕大部分雷電流（例如≥50kA Imax）。
第二級（中級保護）： 安裝在分配電柜或重要設備前端，選用限壓型SPD（如8/20μs波形，≥40kA In），進一步鉗制殘壓。
第三級（精細保護）： 安裝在電子信息設備（如繼電保護裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、PLC、通訊設備）前端電源和信號端口，選用低殘壓的限壓型SPD。
分級（Zone）防護： 在變電所電源系統(tǒng)、信號系統(tǒng)實施多級SPD防護。
協(xié)調配合： 確保各級SPD之間以及SPD與被保護設備絕緣之間的能量配合和電壓配合（例如通過退耦電感或利用線路阻抗）。
信號線路SPD： 對所有進出變電所的監(jiān)控信號線、控制線、通訊線（電話線、網絡線）等，在其進入建筑物接口處安裝相應的信號SPD。
SPD狀態(tài)監(jiān)測與維護： 選擇帶遙信觸點或可視告警指示的SPD，并定期檢查其劣化情況，及時更換失效產品。
屏蔽與合理布線：
建筑屏蔽： 利用建筑物鋼筋網或專門設置的金屬網格對設備室形成初級屏蔽。
線路屏蔽： 進出變電所的低壓電源線、信號線優(yōu)先采用鎧裝電纜或敷設在金屬橋架/金屬管中，并將金屬層兩端可靠接地。這能有效抑制電磁感應過電壓。
布線規(guī)則： 電源線、信號線應遠離引下線、大電流母線等強干擾源。不同電壓等級線路、電源線與信號線盡量分開敷設，避免長距離平行走線，必要時交叉垂直。布線形成閉合環(huán)路會增加感應風險。
等電位連接（內部細化）：
在設備機房內設置局部等電位連接排（LEB），將機房內所有設備的金屬外殼、SPD接地線、屏蔽線纜的金屬層、防靜電地板支架、金屬門窗等就近連接到LEB上，LEB再以最短路徑連接到主接地網或總等電位連接帶（MEB）。這確保室內所有可導電部分在雷擊時處于基本相等的電位。
（三）特殊場所與設備防護
移動設備與臨時用電： 礦區(qū)內的移動變電站、大型施工設備（如鉆機、挖掘機）本身應配備避雷針（短針）和可靠接地裝置。其電源引入端必須安裝SPD。臨時線路也需采取防雷措施。
炸藥庫附近變電所： 除嚴格執(zhí)行上述措施外，需格外重視等電位連接，防止任何電位差產生火花。接地電阻要求可能更嚴格。建議炸藥庫獨立設置避雷針，其接地裝置與變電所接地網保持足夠安全距離（一般>3米）。
監(jiān)控與通訊系統(tǒng)： 作為礦山安全運行的“眼睛”和“耳朵”，其前端設備（攝像頭、傳感器）多處于暴露位置，后端設備（服務器、交換機）在控制室內。必須對所有進出控制室的電源線、信號線、視頻線安裝匹配的SPD，設備外殼、機柜做好接地。室外設備本身應考慮防直擊雷（如安裝在避雷針保護范圍內或自帶小避雷針）和良好接地。
（四）管理與維護：防雷體系的生命線
再完善的防雷設施也需良好的管理與維護才能持續(xù)有效：
設計審查與施工驗收： 防雷工程必須由具備資質的單位設計、施工。圖紙需經氣象主管機構審核�？⒐ず蟊仨氝M行嚴格的檢測（接地電阻、SPD參數(shù)、等電位連接導通性等），合格后方可投運。
定期檢測與維護：
每年雷雨季節(jié)前，必須進行全面檢測，重點是接地電阻值、接閃器與引下線連接狀況、SPD狀態(tài)指示（或測試參數(shù)）、等電位連接點是否銹蝕松動。
建立詳細的防雷設施檔案和檢測維護記錄。
隱患整改： 對檢測發(fā)現(xiàn)的問題（如接地電阻超標、SPD失效、連接點銹蝕）必須立即整改。
人員培訓： 對變電所運行維護人員進行防雷知識培訓，使其了解基本原理、設施構成、應急處置程序。
三、結語
非煤礦山變電所的防雷安全，是一項涉及電氣、建筑、地質、材料等多學科的系統(tǒng)工程。它絕非簡單的安裝幾根避雷針，而是需要從直擊雷防護、感應雷防護、雷電波侵入防護三個維度出發(fā)，科學運用接閃、分流、屏蔽、等電位連接、安裝SPD等技術手段，并結合礦山特殊環(huán)境進行針對性設計，構建起“外部-內部-管理”三位一體的綜合防護網。只有堅持“預防為主、綜合治理”的方針，高度重視防雷設施的設計、施工、檢測、維護全過程管理，才能最大限度地將雷電災害風險降至最低，切實保障非煤礦山電力供應的心臟——變電所的本質安全，為礦山的持續(xù)、穩(wěn)定、高效運行奠定堅實的電力安全保障基礎。安全無小事，防雷需常抓，這既是技術的要求，更是對生命和財產的責任。
參考文獻：
GB 50057-2010《建筑物防雷設計規(guī)范》
GB/T 21431-2015《建筑物防雷裝置檢測技術規(guī)范》
GB 50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術規(guī)范》
AQ 標準（相關礦山安全規(guī)程）
相關電氣設備制造商技術手冊（如變壓器、開關柜、SPD等）
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