淺談GIS變電站絕緣配合的優(yōu)化設(shè)計

胡建朝 李哲

摘 要：線路絕緣的加強(qiáng)，可以提高線路安全運行的可靠性，但同時將導(dǎo)致變電站侵入波的提高，可能對原來變電站內(nèi)的絕緣配合造成影響。系統(tǒng)要想毫無差錯，必須有一系列的保障，以此來確保系統(tǒng)的高效快速準(zhǔn)確的工作，當(dāng)然，安全也得兼顧，然而保障的方法必須要在你對系統(tǒng)設(shè)施完全了解的情況下才能提出來，只有這樣才說明你對該系統(tǒng)非常了解，并且可以大大提高方法的時效性與可靠性，除此之外，還需要經(jīng)過精密的計算以及高端的方法再加上工作者的熱情等素質(zhì)，只有具備了這些，才能保證萬無一失，可以大體上相信系統(tǒng)一定無差錯的正常有規(guī)律的運行。該文在這種情況下，以某變電站為例，通過對絕緣配合的目的、原則、方法等進(jìn)行簡單介紹，然后對GIS變電站絕緣配合的優(yōu)化設(shè)計進(jìn)行計算，并提出具體計算方案，具有一定實踐價值。

關(guān)鍵詞：GIS變電站 絕緣配合 優(yōu)化

中圖分類號：TM645 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）09（b）-0085-02

絕緣配合包含設(shè)施運行穩(wěn)定與可靠并且時效性大，幾乎沒有任何差錯，收益比較穩(wěn)定等一些內(nèi)容的概念。而如今，出現(xiàn)了許多因為設(shè)備的不正常運行從而浪費的收益，不正常運行包括接在它上面的電壓增高，還有保護(hù)它的設(shè)備GIS的價格增高，我們可以從這兩點著手，通過一系列可靠有效的方法，以此來減少消費，消費減少了就等于間接地增大了收益，能做到這些的話，便證明設(shè)施有條不紊的運行，從而取得了最大的成功。因此，如何協(xié)調(diào)投資、運行費和事故損失三者關(guān)系及綜合考慮技術(shù)安全經(jīng)濟(jì)總體的效益，優(yōu)化絕緣配合設(shè)計就具有重要的技術(shù)經(jīng)濟(jì)意義。

1 變電站絕緣配合理論概述

1.1 絕緣配合的目的

絕緣配合的最終目的就是確定電氣設(shè)備的絕緣水平，在變電站的諸多電氣設(shè)備中，以電力變壓器最為重要，通常以確定電力變壓器的絕緣水平為中心環(huán)節(jié)，再確定其他設(shè)備的絕緣水平。對于500 kV變電站，要使用產(chǎn)品性質(zhì)不一樣的產(chǎn)品躲過雷電，躲過雷電的原因是不同線路所需要的能源不一樣，所需要的電壓也很不同，因此對產(chǎn)品的要求不同。通過一系列實驗，我們得知變壓器就要與總設(shè)備的電壓相同，而其他不相關(guān)的東西就應(yīng)該與其他的線路相匹配。

1.2 絕緣配合的原則

（1）采用何種設(shè)施取決于站點的不同，站點是將電壓發(fā)生改變的地方，每個電壓采用的網(wǎng)線也不同，自然而然，需要的水平就有很多檔次。

（2）在程序的設(shè)計過程中，需要滿足很多條件，有滿足設(shè)施正常運行的能力，超過的電壓以及程序出現(xiàn)錯誤時的修復(fù)能力等。一定要同時兼顧這些，不然只有等待失敗。

（3）雷電會破壞一些東西，當(dāng)然也會破壞設(shè)施，設(shè)施一旦被破壞，就會引起各種各樣的損失，導(dǎo)致財產(chǎn)流失，為了避免無端的損失，我們需要充分做好前期準(zhǔn)備，對設(shè)施的保護(hù)，通過絕緣逃過雷電，從而可以幸免于被破壞，當(dāng)然一般我們需要采用的是慣用法，通過畫圖表來配合與計算需要的保護(hù)設(shè)備。

（4）我們有兩種方法。針對不同的電壓。一是220 kV以及低于這個的，這個需要精密的計算與嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，通過不斷分析找出最適合的方法，并通過其他設(shè)備來進(jìn)行配合；二是300～500 kV的，它就需要完全的避過雷電，不能有一絲差錯，要使用完全絕緣的設(shè)備材料。

（5）電氣設(shè)備，必須有良好的抗震動能力，還要有良好的承受能力，在一模一樣的情況下，必須得展現(xiàn)出它自己的優(yōu)勢，并且要滿足更加嚴(yán)格的要求。

（6）有些地區(qū)污染嚴(yán)重，要想發(fā)揮設(shè)施的最佳狀態(tài)取得最好成果，必須得降低污染，然而有些地區(qū)實在沒有能力清除，這時候保護(hù)設(shè)備就要強(qiáng)大，一點差錯都不能出，只有這樣，才能取得最完美的成果。

1.3 絕緣配合的方法

1.3.1 統(tǒng)計法

每個圖表都有自變量與因變量，而統(tǒng)計法就是把超過的那部分電壓來當(dāng)作自變量，產(chǎn)生失誤的概率當(dāng)作應(yīng)變量，從而通過其來做定量分析，包含兩種可能，一是通過發(fā)生失誤后產(chǎn)生的損失來計算；二是對產(chǎn)品進(jìn)行改造以及升級。我們知道，一個圖表的制成需要大量的人力調(diào)查與很多的數(shù)據(jù)來確保準(zhǔn)確性，然后知道它的一系列結(jié)果。但是因為國家還不具備以上兩點，所以統(tǒng)計法不常見。

1.3.2 半統(tǒng)計法

半統(tǒng)計法只需要一個變換的常數(shù)，那就是隔絕東西的效果，然后通過它的變化得到一個圖表，真實地反應(yīng)了一些不知名的數(shù)據(jù)，這是個很好的方法，像對非常高的電壓設(shè)計的保護(hù)設(shè)施，然后通過其自動修復(fù)的能力勾勒出一段曲線。

1.3.3 簡化統(tǒng)計法

通過這個方法我們可以進(jìn)行自我猜想：（1）對超過的電壓一般會符合一個規(guī)律。（2）成單的設(shè)施上通過的電壓與所有成單的設(shè)施全部夾在一起時通過的電壓沒有太多聯(lián)系，知道這一點，對曲線的計算以及推斷就簡單得多，可以省去一系列毫不相關(guān)的步驟。需要采用的措施也大大簡單方便快捷。然而對設(shè)施的一些計算本來就占有一些特點與方便，所以IEC重點使用它從而達(dá)到高效率的目的。

1.3.4 慣用法

這種方法就比較老套了，而且守舊，只能通過強(qiáng)制的方法來使設(shè)施獲得正常工作的能力，這也是我國至今為止最普遍最節(jié)能的措施。它需要使用在一些不正常不自然超過極限的狀態(tài)下，還需要考慮一些非自然因素，然而我們知道，超過極限這種事件發(fā)生的概率一般較低，所以雖然需要使用它，但需要使用它的情況一般較少。

2 GIS變電站絕緣配合的優(yōu)化設(shè)計

GIS的絕緣水平主要取決于雷電沖擊水平，該文以某水電站500 kvGIS變電站基準(zhǔn)沖擊絕緣水平的優(yōu)化選擇為例，研究了各種因素對最佳絕緣水平的影響，提出了500 kVGIS絕緣水平的最優(yōu)方案。

2.1 絕緣配合優(yōu)化的計算

由于GIS的絕緣水平主要取決于雷電沖擊水平，首先考慮一個可行的雷電沖擊絕緣水平背景，例如1550 kV，規(guī)定一個可以接受的絕緣故障率上限，按危險率最小或絕緣配合裕度最大，優(yōu)擇一個相對最好的桿塔沖擊接地電阻值、保護(hù)接線方式和避雷器參數(shù)作為原始條件，于是GIS絕緣水平的優(yōu)化選擇就簡化為一個單因素的局部優(yōu)化問題：

minf（BIL）

s.t.1175 kV≤BIL≤1800 kV

然后用絕緣配合優(yōu)化設(shè)計程序進(jìn)行計算，并就不同因素的影響進(jìn)行了比較。

2.2 絕緣配合優(yōu)化的影響因素

2.2.1環(huán)境

1300 kV很容易發(fā)生危險，這屬于比較高的電壓，失事帶來的危害與損失也非常大，然而我們要想知道危險的系數(shù)，以及對其的掌握與了解，就必須通過一些可靠而實用的方法，因而我們就需要通過圖表表示出來，通過對圖表的分析，我們可以了解橫向就表示機(jī)器停止運作的概率，我們通過接觸分析這個概率，然后根據(jù)一幫人的討論，從而挑選出最安全的方法，以此最大限度來保證系統(tǒng)的安全性與高效性。然后通過一系列人為分析，如果數(shù)據(jù)小，這代表著方法更可靠，代表安全性也越高，因此選擇數(shù)據(jù)小的方法是不二之選。還有一點，每個地方都有人為規(guī)定的縱值，通過縱值我們可以了解不同地區(qū)的水平起點，所以我們還要重點就是注意觀察不同縱值的地區(qū)。

2.2.2 單位停電損失

在環(huán)境條件、保護(hù)方案同等條件下，單位停電損失小時，事故損失小，對設(shè)計費用的影響不大，允許選擇較低的絕緣水平。一旦電量停止供應(yīng)，會造成許多不好的后果，最大的損失就是會造成財產(chǎn)丟失，這個丟失值也代表著國家或地區(qū)的承受力大小和自身的實力，這個也代表著我們到底需不需要對其進(jìn)行投資，當(dāng)然，通過這個也能判斷國家或地區(qū)的可靠性，從而來選擇一些可靠的地區(qū)。通過這個，我們需要根據(jù)自身的實力來制備一些方案，然后幫助每個地方解決這些問題，再幫助其調(diào)整過來，這樣，才能最好地利用優(yōu)點，揚(yáng)長避短，使雙方的收益最大化。

2.2.3 平均故障停運時間

平均故障停運時間較長時應(yīng)選擇較高的絕緣水平，否則可選較低的絕緣水平。除與GIS設(shè)備修復(fù)技術(shù)的復(fù)雜程度有關(guān)外，主要傳遞給我們判斷一個對維修人在出現(xiàn)故障時的自身承受能力和自身實力的標(biāo)準(zhǔn)，從這些方面，可以反應(yīng)其綜合素質(zhì)。所以，我們還得從這方面著手，以此來滿足自己的需求，盡可能是自己的利益最大。

2.3 絕緣配合優(yōu)化的優(yōu)化計算

對某水電站500 kVGIS絕緣水平的優(yōu)化進(jìn)行計算，只要采用性能優(yōu)異的氧化鋅避雷器和合理的保護(hù)接線方式，即使單位停電損失和平均故障停運時間按最嚴(yán)重的情況估計，設(shè)備價差按比較小的情況考慮，GIS的最優(yōu)絕緣水平選擇也不超過1425 kV，表2中個別例外，但我國目前單位停電損失Cp<10元/kW·h，按預(yù)計壽命年限內(nèi)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平估計，Cp要達(dá)到60元/kW·h是不大可能的。如果所在地區(qū)的單位停電損失較小，變電站的故障平均修復(fù)時間較短，設(shè)備價差較大，采用再低一級的絕緣水平130 kV也有可能。這這與IEC推薦的525 kV系統(tǒng)Gls的絕緣水平BIL只有1425 kV、1300 kV兩級是吻合的?？紤]到目前絕緣配合優(yōu)化計算涉及的許多數(shù)據(jù)難以確定，而我國在這些方面的調(diào)查統(tǒng)計基礎(chǔ)較低，GIS的運行經(jīng)驗不足等，因此認(rèn)為本例500kVGIS采用BIL為1425 kV的絕緣水平是適宜的，其絕緣配合裕度為24.9%，故障率為0.981×104一年，平均無故障時間為1.019×10年，在工程上也是可以接受的。

3 結(jié)論

根據(jù)上文，再根據(jù)一些定律，我們可以有一些總結(jié)：（1）投資當(dāng)然是消費最少最好，這樣，才能使我們的利益最大化，對誰都是有利的，還可以減少一些不必要的分歧，盡管有一些因素會影響我們最初的計劃，比如電壓過高，還有一些不知名的問題都會導(dǎo)致投資過高，所以我們?nèi)羰翘嵘a(chǎn)品質(zhì)量，提高產(chǎn)品的時效性與實用性，設(shè)施用最正確的方法使用，投資自然而然會相應(yīng)地減少一些，可以降低我們的投入，這很有意義，對誰都有利。（2）其次要學(xué)會配合，使保護(hù)設(shè)備與設(shè)施成套使用，這樣可以使設(shè)施用時最長，效率最高，這也是至關(guān)重要的措施。（3）選擇時還需要謹(jǐn)慎考慮，要從自身情況與實力出發(fā)，不用最貴，適合最好，通過這一方法，可以避免一些沒必要的消耗，也不用背負(fù)太大的經(jīng)濟(jì)壓力，這也是個不錯的方法。（4）當(dāng)然，還需要一個能顯示自己結(jié)果的儀器，可是選擇推薦的1425 kV和1300 kV，但綜合實力不允許，至尊推薦的是1550 kV，最適合，最有效，最優(yōu)惠，最能適合我們的實力，對我們也可以起到最大的幫助。（5）絕緣配合的改進(jìn)能否得到大家的支持和有沒有效果，還取決于是否有強(qiáng)大的設(shè)施和精密嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度，還有斷電時的損失，我們需要從這些方面下手，只有重視了這些，才能可靠有效地將方案實施下去。

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