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[摘 要]煤矿电网安全稳定运行是矿井安全生产的基础工作和前提条件。文章针对沁城煤矿35/10KV电网多年来因雷电原因引起的异常运行情况进行分析，找出雷电影响电网安全稳定运行的原因，提出了进一步确保煤矿安全生产的预防措施。
[关键词]煤矿 安全生产 危害 预防措施
中图分类号：D321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0081-02
雷電是年复一年重复出现的自然灾害，是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷电原因造成的人员伤亡和财产损失不计其数。遭受雷击后，煤矿电网不能够实现安全稳定运行，矿井供电的可靠性大大降低，不仅造成重要设备损毁，影响煤矿企业的正常生产秩序，而且还会诱发煤矿安全生产事故，严重威胁煤矿职工的生命安全。因此，对雷电现象进行研究，探索预防雷击电网产生严重危害的有限措施，就成为当前煤矿机电技术人员一项重大而紧迫的任务。
一、目前对雷电的认识：
雷电是一种自然灾害天气现象。空气中饱含水汽的云层在强烈气流的作用下，或上下、或左右剧烈运动，产生电离现象，带正电荷的水珠上升到云层顶部，负电荷沉淀在云层的底部，静电感应导致地面正电荷集聚。这样就在云层和大地之间形成一个大电容，当云层的电荷积聚到一定程度（一般高达几亿伏）时，击穿云层和大地之间的空气，就会发生激烈的放电，并出现闪电和雷鸣现象，称为雷电。
雷电按照危害方式主要可分为直击雷和感应雷
直击雷是指带电雷云直接通过人体、建筑物或设备等等直接对地放电现象。直击雷的破坏力主要表现为放电产生的强大电流，大约为20—200KA，甚至更高;雷击点的发热量大约为500-2000J，可溶化50-200MM3的钢材。在雷电流过的通道上，物体水分受热汽化而急劇膨胀，产生强大的冲击性机械力，可以达到5000-6000N，破坏力十分大。
感应雷是指当带有负电荷的雷云集聚在架空线路、建筑物附近，其先导路径上的电荷对导体产生静电感应电荷，当主放电开始时，该电荷被迅速中和而产生的脉冲电压。由感应雷形成的感应过电压通常为100—200KV，最大可达600KV;因静电感应在地面集聚的电荷不能得到全部中和，在释放的过程中也会产生30-40KA的电流，甚至更大。如果接地放电效果较差造成侵入，可使室内电气设备遭到损害 。
直击雷只在雷云对地闪击点的周围造成灾害，损害的范围较小。感应雷没有直击雷猛烈，但是无论雷云对地闪击还是雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害，发生的几率远远高于直击雷，而且可以在较大范围内的多个局部同时产生感应雷过电压现象，还可以通过线路等导体的传输致使雷害范围扩大。
雷电按照形状分为线形、片形和球形三种。线形雷较常见，片形雷较少见，球状雷极其罕见。
根据雷击架空线路部位的不同，直击雷又分为反击雷和绕击雷。绕击雷是指雷电绕过避雷线等防雷设施直接击中输电导线而产生过电压。反击雷是指雷电击中杆塔或避雷设施，雷电流使受击点的电位大大提高，等该电位的电压升高到与导线之间的电压超过电气绝缘的承受能力时，就发生雷击闪络。
二、雷电对煤矿安全生产的影响：
（1）雷电原因引起的雷击过电压造成供电系统开关误跳闸或线路故障，导致煤矿主扇风机、局扇风机和瓦斯抽放泵等一级负荷供电突然中断或设备损坏，不仅影响矿井正常的生产秩序，而且埋下了矿井发生重大机电或瓦斯事故的隐患。
（2）架空线路被雷电击中线后，雷电波沿着线路侵入变电站，由于站内设备绝缘强度低于线路，引起变电站内配电设备绝缘降低和损坏，导致发生全矿无计划停电事故或者备用电源异常现象，严重违反《煤矿安全规程》规定。 实践经验表明，雷电对户内设备绝缘的伤害有时并非一击而穿，而是局部降低电气绝缘，在系统稳定的情况下仍可继续运行，一旦电网因操作或其他原因过电压时彻底破坏绝缘引起弧光短路烧坏电气设备造成停电事故。
（3）雷电原因引起的煤矿瓦斯监控系统，电力监控系统信息通信系统设备和部分弱电设备损坏或信号失真，加大了供电线路和变电站巡查抢修的次数和排除故障的难度，降低了煤矿调度指挥生产和安全工作的及时性和有效性，给煤矿安全生产带来隐患。
三、沁城煤矿电网屡受雷击危害的原因
（1）沁水地区为多雷区。根据相关规定，年雷曝日数大于等于40日的地区为多雷区。据统计，沁水地区每年最早出现雷电在4月初， 6月至9月份出现雷电较常见，次数较多，尤其以每年的7月份最为严重，雷曝日数远远大于40日，属于典型的多雷区。
（2）沁城煤矿电网内的架空线路累计长度达22公里;架空线路分布范围较广，西至沁水五柳庄，东至阳城武甲村，东西相距约16公里;大部分线路架设于易形成和集聚雷云的突出的山顶、顺风的河床、迎风的山坡。架空线路走廊地形地势复杂，架空线路翻山越岭，过河跨沟，海拔变化较大，最高达1100米，最低为790米。
（3）35KV沁城Ⅱ回线路和6回10KV线路的耐雷水平设计富余系数较小，没有充分考虑多雷区的雷害对架空线路的影响。35KV沁城Ⅱ回架空线路仅仅采用了常规的防雷措施;10KV线路的防雷设计仅是在每回线路上安装三组普通避雷器。
四、电网雷电灾害的预防措施
（1）提前做好煤矿电网的设计规划工作。
设计和施工时考虑架空线路全线架设避雷线，在变电站进线和出线处加装避雷器。
防止直击雷的措施有安装避雷器、架设避雷线和改用电缆供电。架设避雷线是世界上公认的架空输电线路最基本的防雷保护措施之一。经验表明，安装避雷器和架设避雷线，置两侧变电站于避雷针可靠保护的范围内，可以大大提高供电的可靠性。2006年，35KV沁城1回设计时采用全线架设避雷线，（线路设计规范和规程规定，35KV等级的架空线路只在进出站两侧架设1-1.5公里的避雷线 ）2010年，为了进一步提高防雷水平，我们又在变电站两回架空线路入户的穿墙套管处加装设了2组HY20W5-51-145型氧化锌避雷器。35KV沁城Ⅰ回线路运行以来未因雷电原因出现无计划停电现象。 （2）千方百计采用接闪、分流、接地等雷电基本防护措施，提高煤矿电架空线路的防雷等级。
为确保煤矿电网安全可靠运行，要提升供电线路及设备的雷电防护等级，在设计考虑全线架设避雷线的基础上，逐杆塔安装泄流能力大的氧化锌避雷器，在容易遭受雷击的杆塔附近设置主动式提前放电避雷针，同时要采用先进的降阻技术使接地电阻达到最佳并趋于稳定，避免由于土壤、季节和气候变化而变化，要把避雷设施的接地电阻值稳定在4欧姆以下，越小越好。
（3）用电缆替代架空线路供电或用绝缘导线替代钢芯铝绞线对线路进行局部改造。
改用电缆替代架空线路供电防雷击效果十分明显，但是受地理和投资条件限制，且电缆的维护和故障排除比架空线困难，故首选架空线供电，采用绝缘导线效果更好，可以大大提高供电系统安全运行的可靠性。实际运行情况表明：绝缘导线对于防止线路振动风摆、异物坠落线路，预防由于线路走廊下的树木而引起接地等故障具有十分明显的预防效果，但是对于雷电，尤其是预防感应雷电，效果十分有限。
（4）积极推广高新技术，调整电网运行方式，加强检修维护工作，提高煤矿一级負荷供电可靠性。
采用备自投装置、快速切换装置，采用分列運行和环网供电等措施提高矿井重要负荷的供电可靠性。煤矿安全规程明确规定：正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。结合煤矿的实际情况，得到供电部门的支持和许可，实现电网分列运行，在电网中给主扇风机、瓦斯抽放泵等重要负荷供电的系统中加装备自投或快速切换装置，定期对架空线路和配电设施检修检查维护并及时消除隐患，避免停电事故发生。煤矿重要负荷供电可靠性得到提高，从某种意义上讲，也提高了电网的防雷抗灾能力。
结语
雷电灾害作为自然灾害之一，目前仍然是影响电网运行和煤矿安全生产的主要因素，预防雷电一直是供电研究的主要课题。现在，谁也不会认为完全消除雷击危害是可能的，包括美国等发达国家在内，仍然不能完全绝对避免雷害，但是已经积累了丰富的实践经验。如果能够很好的进行超前设计和高标准建设，不断研究和采用新技术，再加上及时地进行检修维护工作，提高供电可靠性，雷电对煤矿电网的危害程度将大大降低，煤矿的安全生产将会得到有力保障。
参考文献
1、《送电线路运行和检修》 王清葵 中国电力出版社
2、《变电运行现场技术问答》张全元 中国电力出版社
作者简介：
高登雄（1973---），男，山西阳城县人，工程师，现任山西省沁城煤矿副总工程师、机电科科长。
[关键词]煤矿 安全生产 危害 预防措施
中图分类号：D321 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）28-0081-02
雷電是年复一年重复出现的自然灾害，是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。全球每年因雷电原因造成的人员伤亡和财产损失不计其数。遭受雷击后，煤矿电网不能够实现安全稳定运行，矿井供电的可靠性大大降低，不仅造成重要设备损毁，影响煤矿企业的正常生产秩序，而且还会诱发煤矿安全生产事故，严重威胁煤矿职工的生命安全。因此，对雷电现象进行研究，探索预防雷击电网产生严重危害的有限措施，就成为当前煤矿机电技术人员一项重大而紧迫的任务。
一、目前对雷电的认识：
雷电是一种自然灾害天气现象。空气中饱含水汽的云层在强烈气流的作用下，或上下、或左右剧烈运动，产生电离现象，带正电荷的水珠上升到云层顶部，负电荷沉淀在云层的底部，静电感应导致地面正电荷集聚。这样就在云层和大地之间形成一个大电容，当云层的电荷积聚到一定程度（一般高达几亿伏）时，击穿云层和大地之间的空气，就会发生激烈的放电，并出现闪电和雷鸣现象，称为雷电。
雷电按照危害方式主要可分为直击雷和感应雷
直击雷是指带电雷云直接通过人体、建筑物或设备等等直接对地放电现象。直击雷的破坏力主要表现为放电产生的强大电流，大约为20—200KA，甚至更高;雷击点的发热量大约为500-2000J，可溶化50-200MM3的钢材。在雷电流过的通道上，物体水分受热汽化而急劇膨胀，产生强大的冲击性机械力，可以达到5000-6000N，破坏力十分大。
感应雷是指当带有负电荷的雷云集聚在架空线路、建筑物附近，其先导路径上的电荷对导体产生静电感应电荷，当主放电开始时，该电荷被迅速中和而产生的脉冲电压。由感应雷形成的感应过电压通常为100—200KV，最大可达600KV;因静电感应在地面集聚的电荷不能得到全部中和，在释放的过程中也会产生30-40KA的电流，甚至更大。如果接地放电效果较差造成侵入，可使室内电气设备遭到损害 。
直击雷只在雷云对地闪击点的周围造成灾害，损害的范围较小。感应雷没有直击雷猛烈，但是无论雷云对地闪击还是雷云对雷云之间闪击，都可能发生并造成灾害，发生的几率远远高于直击雷，而且可以在较大范围内的多个局部同时产生感应雷过电压现象，还可以通过线路等导体的传输致使雷害范围扩大。
雷电按照形状分为线形、片形和球形三种。线形雷较常见，片形雷较少见，球状雷极其罕见。
根据雷击架空线路部位的不同，直击雷又分为反击雷和绕击雷。绕击雷是指雷电绕过避雷线等防雷设施直接击中输电导线而产生过电压。反击雷是指雷电击中杆塔或避雷设施，雷电流使受击点的电位大大提高，等该电位的电压升高到与导线之间的电压超过电气绝缘的承受能力时，就发生雷击闪络。
二、雷电对煤矿安全生产的影响：
（1）雷电原因引起的雷击过电压造成供电系统开关误跳闸或线路故障，导致煤矿主扇风机、局扇风机和瓦斯抽放泵等一级负荷供电突然中断或设备损坏，不仅影响矿井正常的生产秩序，而且埋下了矿井发生重大机电或瓦斯事故的隐患。
（2）架空线路被雷电击中线后，雷电波沿着线路侵入变电站，由于站内设备绝缘强度低于线路，引起变电站内配电设备绝缘降低和损坏，导致发生全矿无计划停电事故或者备用电源异常现象，严重违反《煤矿安全规程》规定。 实践经验表明，雷电对户内设备绝缘的伤害有时并非一击而穿，而是局部降低电气绝缘，在系统稳定的情况下仍可继续运行，一旦电网因操作或其他原因过电压时彻底破坏绝缘引起弧光短路烧坏电气设备造成停电事故。
（3）雷电原因引起的煤矿瓦斯监控系统，电力监控系统信息通信系统设备和部分弱电设备损坏或信号失真，加大了供电线路和变电站巡查抢修的次数和排除故障的难度，降低了煤矿调度指挥生产和安全工作的及时性和有效性，给煤矿安全生产带来隐患。
三、沁城煤矿电网屡受雷击危害的原因
（1）沁水地区为多雷区。根据相关规定，年雷曝日数大于等于40日的地区为多雷区。据统计，沁水地区每年最早出现雷电在4月初， 6月至9月份出现雷电较常见，次数较多，尤其以每年的7月份最为严重，雷曝日数远远大于40日，属于典型的多雷区。
（2）沁城煤矿电网内的架空线路累计长度达22公里;架空线路分布范围较广，西至沁水五柳庄，东至阳城武甲村，东西相距约16公里;大部分线路架设于易形成和集聚雷云的突出的山顶、顺风的河床、迎风的山坡。架空线路走廊地形地势复杂，架空线路翻山越岭，过河跨沟，海拔变化较大，最高达1100米，最低为790米。
（3）35KV沁城Ⅱ回线路和6回10KV线路的耐雷水平设计富余系数较小，没有充分考虑多雷区的雷害对架空线路的影响。35KV沁城Ⅱ回架空线路仅仅采用了常规的防雷措施;10KV线路的防雷设计仅是在每回线路上安装三组普通避雷器。
四、电网雷电灾害的预防措施
（1）提前做好煤矿电网的设计规划工作。
设计和施工时考虑架空线路全线架设避雷线，在变电站进线和出线处加装避雷器。
防止直击雷的措施有安装避雷器、架设避雷线和改用电缆供电。架设避雷线是世界上公认的架空输电线路最基本的防雷保护措施之一。经验表明，安装避雷器和架设避雷线，置两侧变电站于避雷针可靠保护的范围内，可以大大提高供电的可靠性。2006年，35KV沁城1回设计时采用全线架设避雷线，（线路设计规范和规程规定，35KV等级的架空线路只在进出站两侧架设1-1.5公里的避雷线 ）2010年，为了进一步提高防雷水平，我们又在变电站两回架空线路入户的穿墙套管处加装设了2组HY20W5-51-145型氧化锌避雷器。35KV沁城Ⅰ回线路运行以来未因雷电原因出现无计划停电现象。 （2）千方百计采用接闪、分流、接地等雷电基本防护措施，提高煤矿电架空线路的防雷等级。
为确保煤矿电网安全可靠运行，要提升供电线路及设备的雷电防护等级，在设计考虑全线架设避雷线的基础上，逐杆塔安装泄流能力大的氧化锌避雷器，在容易遭受雷击的杆塔附近设置主动式提前放电避雷针，同时要采用先进的降阻技术使接地电阻达到最佳并趋于稳定，避免由于土壤、季节和气候变化而变化，要把避雷设施的接地电阻值稳定在4欧姆以下，越小越好。
（3）用电缆替代架空线路供电或用绝缘导线替代钢芯铝绞线对线路进行局部改造。
改用电缆替代架空线路供电防雷击效果十分明显，但是受地理和投资条件限制，且电缆的维护和故障排除比架空线困难，故首选架空线供电，采用绝缘导线效果更好，可以大大提高供电系统安全运行的可靠性。实际运行情况表明：绝缘导线对于防止线路振动风摆、异物坠落线路，预防由于线路走廊下的树木而引起接地等故障具有十分明显的预防效果，但是对于雷电，尤其是预防感应雷电，效果十分有限。
（4）积极推广高新技术，调整电网运行方式，加强检修维护工作，提高煤矿一级負荷供电可靠性。
采用备自投装置、快速切换装置，采用分列運行和环网供电等措施提高矿井重要负荷的供电可靠性。煤矿安全规程明确规定：正常情况下，矿井电源应采用分列运行方式。结合煤矿的实际情况，得到供电部门的支持和许可，实现电网分列运行，在电网中给主扇风机、瓦斯抽放泵等重要负荷供电的系统中加装备自投或快速切换装置，定期对架空线路和配电设施检修检查维护并及时消除隐患，避免停电事故发生。煤矿重要负荷供电可靠性得到提高，从某种意义上讲，也提高了电网的防雷抗灾能力。
结语
雷电灾害作为自然灾害之一，目前仍然是影响电网运行和煤矿安全生产的主要因素，预防雷电一直是供电研究的主要课题。现在，谁也不会认为完全消除雷击危害是可能的，包括美国等发达国家在内，仍然不能完全绝对避免雷害，但是已经积累了丰富的实践经验。如果能够很好的进行超前设计和高标准建设，不断研究和采用新技术，再加上及时地进行检修维护工作，提高供电可靠性，雷电对煤矿电网的危害程度将大大降低，煤矿的安全生产将会得到有力保障。
参考文献
1、《送电线路运行和检修》 王清葵 中国电力出版社
2、《变电运行现场技术问答》张全元 中国电力出版社
作者简介：
高登雄（1973---），男，山西阳城县人，工程师，现任山西省沁城煤矿副总工程师、机电科科长。