變電站運(yùn)行中的防雷改進(jìn)措施研究

摘 要：在實(shí)際運(yùn)行中，變電站的防雷系統(tǒng)往往會(huì)出現(xiàn)各種新情況、新問(wèn)題，需要進(jìn)行具體分析與針對(duì)性改進(jìn)。本文以一座受雷擊危害較為嚴(yán)重的110kV變電站發(fā)生的雷擊事故為例，參照變電站的防雷理論并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況對(duì)該變電站的防雷進(jìn)行了深入細(xì)致的分析與研究，提出了改進(jìn)方案并付諸實(shí)施，取得了良好的應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：變電站；防雷；改進(jìn)措施

1 概述

變電站的防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，為此變電站在設(shè)計(jì)中已經(jīng)予以充分考慮。但是由于各種因素的限制，變電站的防雷設(shè)計(jì)并不能完全滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際要求。這就需要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際運(yùn)行中暴露出來(lái)的問(wèn)題，進(jìn)行針對(duì)性地改進(jìn)。

一般來(lái)說(shuō)，變電站的防雷主要由以下幾個(gè)方面構(gòu)成：

1.1 對(duì)直擊雷的防護(hù)

變電站對(duì)直擊雷的防護(hù)方法是裝設(shè)避雷針，將變電站的進(jìn)線桿塔與室外電氣設(shè)備全部置于避雷針的保護(hù)范圍之內(nèi)。為了防止避雷針落雷時(shí)對(duì)被保護(hù)物產(chǎn)生反擊，避雷針與被保護(hù)物應(yīng)保持一定距離。

1.2 對(duì)雷電入侵波的防護(hù)

變電站的防護(hù)雷電入侵波危害的主要方法是在變電站的進(jìn)線段裝設(shè)避雷器，在進(jìn)線段桿塔上裝設(shè)一段（1～2km）避雷線，以限制雷電流。另外，在變電站母線上裝設(shè)避雷器，在用電纜引出的架空線上電纜接頭附近亦裝設(shè)避雷器。

2 新安太堡110kV變電站概況與雷擊事故經(jīng)過(guò)

中煤平朔公司新安太堡110kV變電站是安太堡礦區(qū)的主要電源點(diǎn)，共有2路110kV進(jìn)線，12路35kV出線。該站雙回110kV電源引自朔州地區(qū)公用電網(wǎng)，110kV系統(tǒng)和35kV系統(tǒng)均采用雙母線接線方式，安裝3臺(tái)40000kVA主變壓器，110kV設(shè)備與主變壓器戶外安裝，35kV設(shè)備戶內(nèi)安裝。

2011年7月10日當(dāng)夜雷電活動(dòng)頻繁，19時(shí)26分，2#、3#主變壓器同時(shí)跳閘，同一時(shí)刻322、324出線跳閘。事故發(fā)生時(shí)運(yùn)行人員看到站內(nèi)東北角避雷針有火球落下，表明該站被直擊雷擊中。

2011年8月25日中午雷電活動(dòng)強(qiáng)烈，12時(shí)44分，2#、3#主變壓器同時(shí)跳閘，同一時(shí)刻322、324出線跳閘，故障特征與第一次較為相似。

兩次雷擊事故均造成兩臺(tái)主變跳閘，造成大范圍停電，給礦區(qū)的正常生產(chǎn)與生活造成了嚴(yán)重影響。因此，必須進(jìn)行必要的研究，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，以避免此類事故頻繁發(fā)生。

3 兩次雷擊事故分析

跳閘時(shí)事故報(bào)文如下：

3.1 2011年7月10日跳閘

3.1.1 19°26′30″ 2#主變102#開關(guān)間隙零序保護(hù)動(dòng)作，間隙零序電流I0j=16.20A，間隙零序電壓U0j=0.04V；同一時(shí)刻3#主變103#開關(guān)間隙零序保護(hù)動(dòng)作，I0j=7.40A，U0j=0.01V。

3.1.2 19°26′30″ 35kV出線322#開關(guān)過(guò)流Ⅱ段或限時(shí)速斷動(dòng)作，Ia=26.31A，Ib=26.71A，Ic=35.51A；同一時(shí)刻35kV出線324#開關(guān)過(guò)流Ⅱ段或限時(shí)速斷動(dòng)作，Ia=15.36A，Ib=15.23A，Ic=0.30A。

3.2 2011年8月25日跳閘

3.2.1 12°44′32″ 2#主變102#開關(guān)間隙零序保護(hù)動(dòng)作，間隙零序電流I0j=18.33A，間隙零序電壓U0j=0.02V；同一時(shí)刻3#主變103#開關(guān)間隙零序保護(hù)動(dòng)作，I0j=9.98A，U0j=0.04V；

3.2.2 19°26′30″ 35kV出線322#開關(guān)過(guò)流Ⅱ段或限時(shí)速斷動(dòng)作，Ia=1.13A，Ib=22.67A，Ic=1.68A；同一時(shí)刻35kV出線324#開關(guān)過(guò)流Ⅱ段或限時(shí)速斷動(dòng)作，Ia=20.26A，Ib=11.26，Ic=0.22A。

根據(jù)事故報(bào)文，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，可初步作出以下結(jié)論：

（1）該站由于供電安全需要，35kV側(cè)采用中性點(diǎn)直接接地方式，所以本站3臺(tái)主變壓器均采用Y，yn0接線組別。根據(jù)地方電網(wǎng)要求，1#主變中性點(diǎn)直接接地，2#、3#主變中性點(diǎn)不接地。雷擊事故發(fā)生時(shí)，電網(wǎng)產(chǎn)生了很大的零序電流并反映到3臺(tái)主變，其中1#主變中性點(diǎn)直接接地，零序電流通過(guò)中性點(diǎn)接地開關(guān)流入大地，零序保護(hù)未動(dòng)作；而2#、3#主變中性點(diǎn)不接地，零序電流在中性點(diǎn)保護(hù)間隙放電瞬間流入大地，同時(shí)造成間隙零序保護(hù)動(dòng)作跳閘。

（2）兩次故障均造成322#、324#開關(guān)跳閘。經(jīng)運(yùn)行人員指認(rèn)，322#、324#同塔雙回35kV線路與110kV向安雙回線（其中一路為該站電源）有較長(zhǎng)一段在山頂并行且距離較近。兩次主變跳閘的同時(shí)，322#、324#同塔雙回線路也同時(shí)跳閘，這表明兩種電壓等級(jí)線路平行接近的環(huán)境影響是35kV雙回線雷擊跳閘的可能原因。現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，本站建在山南側(cè)坡上，變電站南側(cè)為季節(jié)河河灘，因雷電易向低電阻率河灘側(cè)活動(dòng)，從山坡向本站落雷的可能性較大。

（3）兩次雷擊造成2#、3#主變間隙零序保護(hù)動(dòng)作跳閘，降低了2#、3#主變中性點(diǎn)工頻電壓，對(duì)主變起到保護(hù)作用。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)該站三臺(tái)主變間隙保護(hù)為棒-棒間隙，用細(xì)螺紋調(diào)節(jié)間距，但有較嚴(yán)重銹蝕；經(jīng)多次放電，棒端的放電尖端形狀受到破壞。

（4）第一次雷擊時(shí)雷擊運(yùn)行人員看到站內(nèi)東北角避雷針有火球落下，表明有直接雷擊中，但站內(nèi)無(wú)設(shè)備未損壞，表明防直擊雷設(shè)施起到作用，接地裝置也滿足防直擊雷要求。但經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查與計(jì)算，變電站南側(cè)兩支架構(gòu)避雷針高度不足，保護(hù)高度為7.3m，低于110kV設(shè)備高度11.0m，出現(xiàn)雷電保護(hù)失效的\"鍋底區(qū)\"，失效區(qū)內(nèi)設(shè)備雷擊損壞可能性是存在的。

4 改進(jìn)方案

通過(guò)事故分析，新安太堡110kV變電站發(fā)生雷擊事故的原因是多方面的，需要多方面著手，多管齊下，才能減小雷擊事故發(fā)生的概率。按照改進(jìn)系統(tǒng)防雷保護(hù)的薄弱環(huán)節(jié)、改善繼電保護(hù)總體功能等原則，具體實(shí)施如下方法。

4.1 為了減少線路雷擊接地故障，首先應(yīng)校驗(yàn)110kV架空線路避雷線的保護(hù)范圍。如保護(hù)范圍存在死區(qū)，可考慮在該范圍110kV桿塔上裝設(shè)線路避雷器?，F(xiàn)變電站內(nèi)110kV進(jìn)線側(cè)無(wú)避雷器，考慮到本站常用方式為一線投運(yùn)、另一線備用，進(jìn)線側(cè)增設(shè)避雷器后，可以防止雷電波侵入進(jìn)線端而損壞站內(nèi)設(shè)備。

4.2 110kV與35kV線路平行臨近的區(qū)段落雷可能性較大，為了改善該段線路的防雷性能，應(yīng)在110KV與35KV線路平行臨近的區(qū)段的山頂鐵塔上加裝兩到三組線路避雷器。

4.3 為防止避雷針?lè)览姿绤^(qū)可能導(dǎo)致的直擊雷造成設(shè)備損壞，應(yīng)在2#、3#變壓器之間架構(gòu)上加裝一支避雷針，在35kV主墻外加裝一支避雷針，可徹底消除防雷死區(qū)。

4.4 110kV供電線路首端所設(shè)置的零序過(guò)流Ⅱ段與主變間隙零序時(shí)間整定值均為0.5s，會(huì)出現(xiàn)誰(shuí)先“跑完時(shí)間”導(dǎo)致跳閘的“出口競(jìng)賽”，時(shí)間定值配合應(yīng)作調(diào)整。從保護(hù)主變和減少系統(tǒng)潮流擾動(dòng)雙重考慮，應(yīng)調(diào)低間隙動(dòng)作時(shí)間。

4.5 變電站中性點(diǎn)間隙保護(hù)應(yīng)當(dāng)完善。三臺(tái)主變間隙保護(hù)為棒-棒間距，存在有嚴(yán)重的銹蝕和棒端受損，間隙存在差異，應(yīng)改為球形間隙并做高壓試驗(yàn)確定間距。

5 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過(guò)將近半年的研究與整改，上述措施已經(jīng)付諸實(shí)施。在2012年雷雨季，雷電活動(dòng)強(qiáng)度與2011年相當(dāng)，而新安太堡110kV變電站未發(fā)生類似的雷擊事故，初步判斷這些措施已經(jīng)產(chǎn)生了積極的作用。實(shí)踐證明，新安太堡110kV變電站的防雷研究取得了一定的成果，產(chǎn)生了較大的應(yīng)用與推廣價(jià)值，為其它受雷擊危害較重的變電站提供了一種解決問(wèn)題的思路。

參考文獻(xiàn)

[1]秦家遠(yuǎn)，阮江軍.變壓器中性點(diǎn)過(guò)電壓綜述[J].華中電力.2006.1.

[2]國(guó)家電力調(diào)度通信中心.電力系統(tǒng)繼電保護(hù)實(shí)用技術(shù)問(wèn)答[M].北京：中國(guó)電力出版社.2002年2月第二版.