非煤礦山作為國民經(jīng)濟的重要基礎(chǔ)產(chǎn)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(fù)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(dǎo)致設(shè)備損壞、生產(chǎn)中斷，重則引發(fā)火災(zāi)、爆炸乃至人員傷亡，后果不堪設(shè)想。因此，構(gòu)建科學(xué)、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(chǎn)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(guān)設(shè)備）或進出線構(gòu)架。巨大的雷電流會產(chǎn)生強烈的熱效應(yīng)（燒蝕、熔斷）和機械效應(yīng)（爆裂、變形），瞬間摧毀設(shè)備本體。

雷電感應(yīng)危害：

• 靜電感應(yīng)： 雷云對地放電前，變電所內(nèi)導(dǎo)體因靜電感應(yīng)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(shè)備絕緣。

• 電磁感應(yīng)： 雷電流在空間產(chǎn)生劇烈變化的強磁場，使變電所內(nèi)閉合導(dǎo)體回路感應(yīng)出極高的過電壓（浪涌），損壞電子設(shè)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(dǎo)體侵入變電所內(nèi)部，對連接在線路上的設(shè)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(zhì)條件復(fù)雜）、設(shè)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(nèi)部防護”相結(jié)合、技術(shù)措施與管理措施并重的綜合防護策略。

（一）外部防雷：構(gòu)筑第一道防線

外部防雷的核心是安全、有效地引導(dǎo)直擊雷電流泄放入地，保護建筑物和室外設(shè)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(wǎng)）或兩者結(jié)合的方式。避雷針適用于保護突出設(shè)備或構(gòu)架；避雷帶（網(wǎng)）則均勻敷設(shè)在建筑物屋頂邊緣和易受雷擊部位（如屋脊、屋檐、屋頂設(shè)備平臺）。

• 保護范圍計算： 嚴格按照國家標準《建筑物防雷設(shè)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(gòu)架等均處于有效保護區(qū)內(nèi)，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?qū)Ｓ眠B接器），導(dǎo)電通路連續(xù)。

引下（導(dǎo)流）：

• 引下線布置： 引下線應(yīng)沿建筑物外墻均勻?qū)ΨQ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(nèi)的主鋼筋作為自然引下線（需電氣貫通），或明敷設(shè)熱鍍鋅扁鋼/圓鋼。

• 路徑最短化： 引下線應(yīng)盡量短直，減少彎曲，以降低電感，減小雷電通過時的感應(yīng)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(yīng)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(shè)高電阻率路面（如瀝青）或采用網(wǎng)狀接地裝置降低跨步電壓風(fēng)險。

接地（泄流）：

• 結(jié)構(gòu)： 采用以水平接地體為主、垂直接地極為輔的復(fù)合接地網(wǎng)。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(wǎng)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(wǎng)時，接地電阻要求≤4Ω（或按設(shè)備要求，取最小值）。必須定期測量并確保達標。

• 接地網(wǎng)設(shè)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(shè)計：

• 等電位連接： 將變電所內(nèi)所有金屬構(gòu)件（建筑鋼筋、設(shè)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(wǎng)）以及外來金屬導(dǎo)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(guān)鍵，尤其在爆炸危險環(huán)境附近。

（二）內(nèi)部防雷：抵御入侵與感應(yīng)

內(nèi)部防雷的核心是限制雷電產(chǎn)生的瞬態(tài)過電壓（浪涌）和電磁場對室內(nèi)電氣電子設(shè)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(cè)總配電柜進線處或10kV開關(guān)柜母線上（針對高壓侵入），選用開關(guān)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(shè)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(shè)備（如繼電保護裝置、監(jiān)控系統(tǒng)、PLC、通訊設(shè)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(diào)配合： 確保各級SPD之間以及SPD與被保護設(shè)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(wǎng)絡(luò)線）等，在其進入建筑物接口處安裝相應(yīng)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(chǎn)品。

屏蔽與合理布線：

• 建筑屏蔽： 利用建筑物鋼筋網(wǎng)或?qū)ｉT設(shè)置的金屬網(wǎng)格對設(shè)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(shè)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(yīng)過電壓。

• 布線規(guī)則： 電源線、信號線應(yīng)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(shè)，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(yīng)風(fēng)險。

等電位連接（內(nèi)部細化）：

• 在設(shè)備機房內(nèi)設(shè)置局部等電位連接排（LEB），將機房內(nèi)所有設(shè)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(wǎng)或總等電位連接帶（MEB）。這確保室內(nèi)所有可導(dǎo)電部分在雷擊時處于基本相等的電位。

（三）特殊場所與設(shè)備防護

移動設(shè)備與臨時用電： 礦區(qū)內(nèi)的移動變電站、大型施工設(shè)備（如鉆機、挖掘機）本身應(yīng)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(chǎn)生火花。接地電阻要求可能更嚴格。建議炸藥庫獨立設(shè)置避雷針，其接地裝置與變電所接地網(wǎng)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(shè)備（攝像頭、傳感器）多處于暴露位置，后端設(shè)備（服務(wù)器、交換機）在控制室內(nèi)。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(shè)備外殼、機柜做好接地。室外設(shè)備本身應(yīng)考慮防直擊雷（如安裝在避雷針保護范圍內(nèi)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(shè)施也需良好的管理與維護才能持續(xù)有效：

設(shè)計審查與施工驗收： 防雷工程必須由具備資質(zhì)的單位設(shè)計、施工。圖紙需經(jīng)氣象主管機構(gòu)審核。竣工后必須進行嚴格的檢測（接地電阻、SPD參數(shù)、等電位連接導(dǎo)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(shè)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(xùn)： 對變電所運行維護人員進行防雷知識培訓(xùn)，使其了解基本原理、設(shè)施構(gòu)成、應(yīng)急處置程序。

三、結(jié)語

非煤礦山變電所的防雷安全，是一項涉及電氣、建筑、地質(zhì)、材料等多學(xué)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(yīng)雷防護、雷電波侵入防護三個維度出發(fā)，科學(xué)運用接閃、分流、屏蔽、等電位連接、安裝SPD等技術(shù)手段，并結(jié)合礦山特殊環(huán)境進行針對性設(shè)計，構(gòu)建起“外部-內(nèi)部-管理”三位一體的綜合防護網(wǎng)。只有堅持“預(yù)防為主、綜合治理”的方針，高度重視防雷設(shè)施的設(shè)計、施工、檢測、維護全過程管理，才能最大限度地將雷電災(zāi)害風(fēng)險降至最低，切實保障非煤礦山電力供應(yīng)的心臟——變電所的本質(zhì)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(chǔ)。安全無小事，防雷需常抓，這既是技術(shù)的要求，更是對生命和財產(chǎn)的責任。

參考文獻：

GB 50057-2010《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》

GB/T 21431-2015《建筑物防雷裝置檢測技術(shù)規(guī)范》

GB 50343-2012《建筑物電子信息系統(tǒng)防雷技術(shù)規(guī)范》

AQ 標準（相關(guān)礦山安全規(guī)程）

相關(guān)電氣設(shè)備制造商技術(shù)手冊（如變壓器、開關(guān)柜、SPD等）