摘要：柴油发电机组安装防雷系统的主要目的是保护发电机组本身、与之相连的电气设备以及整个供电系统的安全，防止雷电冲击造成损坏，确保在关键时期（如主电源中断时）发电机组能够可靠运行。此外，由于电喷机型的EMS（柴油机管理系统）和AVR均是高精密的电子元器件且价格昂贵，加上该项目又是在靠近赤道的热带雨林的丘陵地带，一年中有半年是雷雨季节，所以防雷工作显得尤为重要。

 

一、防雷的目的和必要性

 

1、防止直击雷损坏

（1）物理结构保护：发电机组通常安装在建筑物外部或屋顶，容易成为雷击的目标。直击雷的巨大电流和高温可能直接击毁发电机组的结构、油箱、冷却系统等，引发火灾或爆炸。

（2）安装措施：通过安装避雷针、避雷带等外部防雷装置，将直击雷电流安全导入大地，避免直接击中发电机组。

2、防护雷电感应过电压

（1）感应雷威胁：即使雷电没有直接击中发电机组，附近的雷击产生的强大电磁场也会在电源线、控制线、信号线等线路上感应出极高的瞬时过电压（浪涌）。

（2）脆弱设备：发电机组的核心控制模块（如电子调速器、AVR自动电压调节器、PLC控制器）、传感器和通信接口非常精密，对电压波动极其敏感。感应雷产生的过电压极易烧毁这些电子部件，导致机组无法启动或运行不稳定。

3、保障电力系统的连续性

（1）关键后备电源角色：柴油发电机组常作为医院、数据中心、通信基站、工厂等重要设施的应急备用电源。在雷电天气导致主电网断电时，正是最需要发电机组工作的时刻。

（2）防止“关键时刻掉链子”：如果发电机组因雷击损坏而无法启动，将导致整个备用供电系统瘫痪，造成重大经济损失或安全事故。防雷系统确保了其随时可用的可靠性。

4、保护并联的电气负载

（1）避免连带损坏：发电机组输出的电力直接供给重要的电气设备。雷电过电压可能通过发电机组的输出线路传入后端负载，损坏服务器、医疗设备、工业机床等昂贵设备。

（2）防雷系统构成了一个完整的保护屏障，隔离了来自电源线路的浪涌。

5、满足法规与标准要求

（1）合规性：许多国家和行业的电气安装规范（如IEC 62305、NFPA 110等）及安全标准都明确要求，备用发电系统必须采取适当的防雷保护措施。

（2）保险与责任：安装了符合标准的防雷系统，可以降低风险，满足保险条款要求，并避免因雷击损失引发的法律纠纷。

 

二、案例介绍

 

  中鼎国际建设集团有限责任公司在马来西亚投资开采的阿勃克煤矿，位于马来西亚东部的加里曼丹岛的丘陵地带，属于典型的热带雨林气候，全年6个多月是雷雨季节，该煤矿年产25万t一30万t，矿井采用4台电喷柴油发电机组并车供电方式，发电车间集发电、配电于一体，地面供电采用TN——S系统，井下供电采用IT中性点不接地660v系统。车间为木质（此地木料材质好，价格便宜）结构，屋面采用压型彩色钢板瓦，屋面坡度1/4。车间长40m，宽12m。2003年4月份建造时按照国内二类标准设计并安装了防雷电设施（当时是使用普通柴油发电机组），2006年6月份由于矿井的延伸及扩产仝部更换为电喷柴油发电机组，10月份进人热带雨季，11月份由于雷击造成二台机组的EMS2（控制单元）、CIU（控制接口单元）、DCU（显示控制单元）、AVR（自动电压调节器）全部损坏，经济损失接近18万元人民币。事后该项目将防雷设施进行改造，并与电涌保护器(SPD)相结合。系统原理如图1所示。

1、屋面铺设避雷带、装避雷针以防止直击雷过电压

  直击雷过电压是由于流经被击物体的很大雷电流造成的，电压高达数百万伏，电流可达数十万安，对设备危害极大，其有效防范措施就安装避雷针、避雷网，避雷线等方式。根据我矿实际情况，采取了建立避雷网与避雷针相结合的措施。制作及安装要求如下：

（1）屋面避雷网采用镀锌一40*4扁钢，用M06*50mm螺栓固定在压型彩色钢板瓦上，间距1m左右，为防止漏水应选择瓦的凸处钻孔，连接时应将防水垫垫在瓦的下面，不能垫在启钢和彩钢瓦的中间；

（2）引下线采用镀锌一40*4扁钢，为保证其不受损伤以及落雷时对被保护物产生“反击"过电压，引下线用巾51巧的PVC管套住，引下线间距不宜大于18m，沿外墙尽量均匀布置；

（3）单组接地体用Z 63*63*5的镀锌角钢2根，长度2·5m，间距3m，用镀锌一40*4扁钢连接后与引下线连接，接地体顶端距地面1米，共设置6组接地体；

（4）避雷针用Φ20镀锌圆钢，长度1巧m，顶端上车床加工成尖顶，为抗风力应焊接3根斜撑；

（5）所有连接均采用手工电弧焊，并在施焊处采取防腐处理；

（6）如为建筑物出人口或人行道，应在接地体上面厚度敷设50mm、80mm，宽度超过接地装置2m的沥青碎石层，以降低跨步电压，保证人身安全；

（7）为便于测量接地电阻以及检查引下线，接地线的连接情况，在各引下线距地面1.8m处设置断接卡

（8）安装后其接地电阻不超过100，否则应取降阻措施，我矿安装后测试为1·80。

2、室内敷设保护接地网，以防止雷电感应。

  雷电感应是雷云之间的放电或雷云对地放电所形成的静电感应及电磁感应，通过场耦合到各电线或设备中，产生几千伏乃至几十千伏以上的感应高电位，使设备损坏。防范感应雷的措施就是建立保护接地网，将设备外壳有效接地。保护接地网的制作及安装要求如下：

（1）应根据设备平面布置实际情况设计接地干线布置具体位置，以连接被保护设备的距离最短为原则，并应使之与避雷网的接地体之间距离大于3m；

（2）接地干线、支线、接地体连线均采用镀锌一40*4扁钢；

（3）单组接地体用Z 63*63巧的镀锌角钢2根，长度2·5m，间距3m,用镀锌一40*4扁钢（4）连接后与接地支线连接，接地体顶端距地面1米，共设置6组接地体，沿四周尽量均匀分布；

（5）接地网外缘应连成闭合形，且将边角处做成0·5m半径的圆弧形，以减弱该处电场；

（6）接地支线、干线、接地体采用手工电弧焊并进行防腐处理；

（7）保护接地网的接地电阻不得超过100，否则应采取降阻措施，我矿安装后测试为20；

（8）配电柜与接地支线连接采用手工电弧焊；

（9）发电机组与接地支线采用252铜线压紧铜接线耳镀锡后用M12螺栓连接。

 

图1  柴油发电机房防雷系统原理示意图

 

总结：

安装防雷系统的根本目的，是主动抵御雷电这一不可控自然力对关键电力保障系统的威胁。它不仅仅是为了保护发电机组这一资产，更是为了保障整个电力供应链条的完整性、可靠性和安全性，确保在雷电天气这种极端情况下，后备电源系统能够“召之即来，来之能战”，履行其设计使命。这是一种必要的风险管理和安全投资。

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