110kV變電站防雷保護(hù)研究

李 艷

摘要:雷電一直是危害電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一,如果變電站發(fā)生雷擊事故,將造成大面積停電,給社會(huì)生產(chǎn)和人民生活帶來(lái)不便,這就要求防雷措施必須十分可靠。文章對(duì)變電站防雷保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行了研究,并提出了變電站防雷措施。

關(guān)鍵詞:變電站;避雷針;變壓器低壓側(cè)

中圖分類號(hào):TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A

文章編號(hào):1674-1145(2009)33-0149-02

雷電放電落于電氣設(shè)備上時(shí),如沒(méi)有特殊保護(hù),雷云放電能產(chǎn)生數(shù)百萬(wàn)伏的過(guò)電壓電波,這種過(guò)電壓足以使任何額定電壓的設(shè)備發(fā)生絕緣閃絡(luò)或擊穿。由于雷擊會(huì)給人類帶來(lái)災(zāi)害,人類很早就與雷害進(jìn)行斗爭(zhēng)。80年代末期,在電力網(wǎng)中采用了電話的保護(hù)裝置——導(dǎo)雷器,實(shí)際就是保護(hù)間隙串聯(lián)一個(gè)熔斷器,或只裝間隙。后來(lái)在20世紀(jì)30年代初,發(fā)展成去游離避雷器,即由纖維管制成的管型避雷器,可以說(shuō),現(xiàn)代避雷器、MOV、SPD的“老祖母”,是在電報(bào)、電話上首先應(yīng)用的。由于電力系統(tǒng)迅速發(fā)展,它才在高電壓電力系統(tǒng)上不斷發(fā)展和完善?，F(xiàn)在20多萬(wàn)元一組(5m多高)500kV的MOV,正在制造即將安裝運(yùn)行的30萬(wàn)元一組的750kV(高8m左右)MOV,以及保護(hù)電子回路的各型SPD都是它的后代。

發(fā)電廠、變電所在高壓系統(tǒng)的防雷保護(hù)上還是比較完善的,防直擊雷有避雷針;110kV及以上線路有架空地線保護(hù);35kV線路有進(jìn)線段保護(hù);10kV線路有出線避雷器保護(hù),發(fā)電廠、變電所還有各級(jí)母線避雷器保護(hù);發(fā)電機(jī)出口處還有防雷電容器保護(hù)。但在400V低壓系統(tǒng)上的防雷保護(hù)措施還不夠完善,存在較多的問(wèn)題和不足,導(dǎo)致雷電沿低壓電源系統(tǒng)侵入二次弱電設(shè)備。如在江西某110kV變電站調(diào)查微機(jī)保護(hù)電源模塊時(shí)發(fā)現(xiàn)該站在110kV、35kV和10kV電壓等級(jí)的防雷上,措施都比較健全,而400V低壓系統(tǒng)則沒(méi)有任何的防雷措施。

由于大多數(shù)所用變壓器的低壓側(cè)沒(méi)裝避雷器保護(hù),且大多沒(méi)有任何防雷措施,這個(gè)過(guò)電壓必然波及發(fā)電廠、變電所的整個(gè)低壓弱電系統(tǒng)。由于所用變壓器低壓側(cè)的絕緣裕度比較大,一般不會(huì)造成絕緣擊穿。然而,低壓電源系統(tǒng)產(chǎn)生雷電過(guò)電壓,或強(qiáng)電流浪涌,傳輸?shù)轿C(jī)系統(tǒng)的過(guò)電壓有時(shí)甚至達(dá)上千伏。由于變電站在低壓弱電設(shè)備處沒(méi)有過(guò)電壓保護(hù)措施,雷電過(guò)電壓得不到有效限制,就會(huì)在低壓弱電系統(tǒng)中的絕緣薄弱處造成擊穿。微機(jī)保護(hù)和計(jì)算機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)等弱電設(shè)備是絕緣最薄弱點(diǎn),往往造成擊穿或燒壞。在電力系統(tǒng)中,大氣過(guò)電壓以電波的形式傳播并侵入電力系統(tǒng)的所有設(shè)備,特別是電器和變壓器的卷線。此時(shí)所產(chǎn)生的過(guò)渡過(guò)程,使電器和變壓器內(nèi)部絕緣上所作用的電壓急劇升高。因此,防止大氣過(guò)電壓的保護(hù),是電力系統(tǒng)安全運(yùn)行不可缺少的要案。

一、110千伏防雷保護(hù)

110千伏線路有用鐵塔的,也有用木桿的。導(dǎo)線為水平布置時(shí)的110千伏鐵塔的標(biāo)準(zhǔn)裝置。為了保獲110千伏鐵塔線路具有較高的耐雷水平,Ri的數(shù)值一定要在8～10歐的范圍以內(nèi)。

110千伏典型桿塔的保護(hù)角是20o。在這樣的保護(hù)角下,可以忽略雷電穿過(guò)避雷線的雷擊。避雷線應(yīng)有足夠的懸掛高度:即考慮在不同的弛度,在跨距的中央處避雷錢與導(dǎo)線間的距離。用管型避雷器保護(hù)交叉處,可將其安裝在交叉檔距的界限電桿上。在110千伏木桿線路上,只在變電所進(jìn)線長(zhǎng)1～2公里的一段上,懸掛避雷線。避雷線懸于電桿的主柱上,在一切情況下,保護(hù)角不得超過(guò)30o。當(dāng)桿塔接地電阻Ri=10歐時(shí),線路保護(hù)水平達(dá)200千安,即實(shí)際上具有完全的耐雷性。在個(gè)別情況下,為了向強(qiáng)雷地區(qū)中的特別重要用戶供電時(shí),也可以在110千伏木桿線路的全長(zhǎng)上,用避雷線來(lái)保護(hù)。

防止變電所戶外導(dǎo)電部分遭受雷擊的保護(hù)可以利用避雷針來(lái)達(dá)成。為減少保護(hù)裝置的費(fèi)用,在變電所鐵桿上以及在照明塔與屋頂上裝設(shè)避雷針是適宜的,將避雷針裝置在母線鐵桿上,在110～220千伏的戶外配電裝置的范圍內(nèi)都是可能的。因?yàn)樵诘入妷旱燃?jí)的配電裝置的絕緣很高而且變電所接地回路的電阻也很小,所以由鐵桿向?qū)щ娏鞑糠值姆磽艨赡懿⒉晃ｋU(xiǎn)。裝有避雷針的全部鐵桿支柱均應(yīng)具有個(gè)別的接地裝置,且其溢流電阻Ri不得大于10歐。變電站與終端之間的一檔線路也應(yīng)當(dāng)在保護(hù)范圍之內(nèi)。這一檔距的保護(hù)可以利用連接于變電所門型鐵桿上的線路進(jìn)線避雷線。此外亦可在終端桿塔上裝置避雷針,如果它的接地與變電所的總接地回路箱連接的話。

當(dāng)將避雷針裝置在終端桿塔上時(shí),其絕緣應(yīng)達(dá)到110千伏桿塔的水準(zhǔn),而接地裝置的個(gè)別電阻Ri應(yīng)降低到5歐以內(nèi)。獨(dú)立避雷針與終端桿塔的接地裝置不和變電所的接地回路相連。

按下列條件來(lái)選擇空氣間隙距離S(圖1),就可以避免由具有單獨(dú)接地裝置的避雷針向變電所鐵桿上發(fā)生反擊:

S(米)≥0.3Ri+0.1h

式中Ri—避雷針的接地沖擊電阻,歐;

h—變電所鐵桿高度,米。

在任何情況下,s均不得小于5米。

當(dāng)避雷針的接地裝置與變電所接地裝置之間的土壤擊穿時(shí),也可能發(fā)生反擊。土壤的沖擊強(qiáng)度300千伏/米,亦即較空氣的沖擊強(qiáng)度為小。在兩接地裝置之間的地中最小距離S(圖1)取為

S(米)≥0.3Ri

在任何情況下,S均不得小于3米。

二、變電站防雷措施

防雷措施總體概括為兩種:(1)避免雷電波的進(jìn)入;(2)利用保護(hù)裝置將雷電波引入接地網(wǎng)。防雷保護(hù)措施應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)常見(jiàn)的雷擊形式、頻率、強(qiáng)度以及被保護(hù)設(shè)施的重要性、特點(diǎn)安裝適宜的保護(hù)裝置。

(一)避雷針或避雷線

雷擊只能通過(guò)攔截導(dǎo)引措施改變其入地路徑。接閃器有避雷針、避雷線。小變電所大多采用獨(dú)立避雷針,大變電所大多在變電所架構(gòu)上采用避雷針或避雷線,或兩者結(jié)合,對(duì)引流線和接地裝置都有嚴(yán)格的要求。針對(duì)雷擊、臺(tái)風(fēng)、暴雨偏多的天氣特點(diǎn),采取了及時(shí)更新和安裝線路避雷器及避雷線;提高配網(wǎng)線路的耐雷水平;定期檢測(cè)接地網(wǎng),確保接地網(wǎng)的接地阻值合格;做好桿塔基礎(chǔ)的加固,確保臺(tái)風(fēng)期間不倒桿等措施。

(二)變壓器低壓側(cè)裝設(shè)避雷器

避雷器能將侵入變電所的雷電波降低到電氣裝置絕緣強(qiáng)度允許值以內(nèi)。變電站低壓(400V)側(cè)需裝設(shè)避雷器以限制雷電波入侵時(shí)的過(guò)電壓。為了保證電氣設(shè)備的安全運(yùn)行,在加裝避雷器時(shí),一定要限制避雷器的殘壓,同時(shí)把侵入波的陡度限制在一定值以內(nèi)。我國(guó)主要是采用金屬氧化物避雷器(MOA),西方國(guó)家除用MOA外,還在所有電氣裝置上安裝空氣間隙,作為MOA失效后的后備保護(hù)。

(三)電源入口端加裝浪涌保護(hù)器

由于雷電波具有峰值高、能量大等特點(diǎn),應(yīng)在電源進(jìn)線處裝浪涌保護(hù)器保護(hù)整個(gè)裝置。雷電波經(jīng)浪涌保護(hù)器后,信號(hào)中仍含有部分高頻分量和較高能量對(duì)電源系統(tǒng)構(gòu)成危害,因此可以采用LC低通濾波器進(jìn)行濾波和加裝壓敏電阻(MOV)對(duì)雷電能量進(jìn)行吸收。MOV有較好的非線性,可以將電壓鉗位到安全范圍內(nèi)。

(四)接地裝置

良好的接地裝置才能起到導(dǎo)泄雷電流,防止出現(xiàn)危險(xiǎn)電位升高的作用。防雷接地應(yīng)用于各種電壓等級(jí)的輸、配電網(wǎng)及變電所,是保證電氣設(shè)備和人身安全的重要措施。

各種防雷接地的接地電阻應(yīng)滿足如下要求:

1.獨(dú)立避雷針:獨(dú)立避雷針是指與主接地網(wǎng)不連接而單獨(dú)做接地網(wǎng)的避雷針,Rid≤10歐姆。

2.避雷器:各電壓等級(jí)避雷器的接地都與主接地網(wǎng)相連,其接地電阻值不另做規(guī)定 。

三、結(jié)語(yǔ)

變電站一次高壓系統(tǒng)的防雷措施比較完善,而弱電設(shè)備防雷保護(hù)沒(méi)有得到足夠重視,以至于常常出現(xiàn)變電站微機(jī)保護(hù)、監(jiān)控等系統(tǒng)的集成模塊被打壞。針對(duì)目前接地系統(tǒng)存在的較多問(wèn)題,如接地均壓、設(shè)備接地與接地網(wǎng)的連通、接地線混亂、接地電阻超標(biāo)等,本文提出了降低接地電阻、改善電位分布、等電位連接以及金屬屏蔽接地等抑制地電位干擾的有效措施。

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作者簡(jiǎn)介:李艷,女,廣西平南人,廣西電網(wǎng)平南供電公司110kV橋頭變電站值班員,研究方向:變電運(yùn)行管理。