1000kV特高壓變電站防雷保護(hù)及其設(shè)備絕緣水平

付彬

1000kV特高壓變電站防雷保護(hù)及其設(shè)備絕緣水平

付彬

（陜西送變電工程公司 陜西省西安市 710014）

1000kV特高壓變電站其在正常工作時(shí)如果碰到雷電氣候就非常容易發(fā)生故障問題?；诖?，為確保1000kV特高壓變電站能夠獲取安全穩(wěn)定運(yùn)行，本文對(duì)其防雷保護(hù)及其設(shè)備絕緣水平進(jìn)行了詳細(xì)闡述。針對(duì)1000kV變電站中相關(guān)設(shè)備的絕緣水平及其防雷保護(hù)措施進(jìn)行了分析。結(jié)果認(rèn)為在具體操作時(shí)，需要綜合考慮變電站具體接線情況來確定避雷針（線）數(shù)量及其裝設(shè)部位，只有這樣才可以有效做好變電站防雷保護(hù)工作。

1000kV特高壓；變電站；設(shè)備；絕緣水平；防雷保護(hù)

前言

在整個(gè)電力系統(tǒng)中，1000kV特高壓輸電系統(tǒng)其能否得到穩(wěn)定運(yùn)行顯得尤其重要。由于電力等級(jí)太高，這就從技術(shù)層面決定了其防雷保護(hù)及其設(shè)備絕緣水平存在較大困難。絕緣配合的科學(xué)合理性會(huì)直接關(guān)系到整個(gè)項(xiàng)目工程中設(shè)備投資以及設(shè)備之間的總體布局。此外，對(duì)于特高壓輸電系統(tǒng)而言，變電站又是其最為關(guān)鍵的構(gòu)成部分，當(dāng)遇到雷雨天氣時(shí)如果發(fā)生了故障問題，便會(huì)引起大面積的停電事故，造成嚴(yán)重的后果。所以，有必要高度重視1000kV特高壓變電站防雷保護(hù)以及設(shè)備絕緣水平，只有這樣才可以降低其發(fā)生故障的概率。

1 1000kV變電站設(shè)備絕緣水平

（1）避雷器。就目前的情況而言，通常都是將額定電壓為828kV的避雷器裝設(shè)于1000kV特高壓變電站內(nèi)部或者是線側(cè)。

（2）過電壓水平。一般都是直接測(cè)驗(yàn)獲得1000kV特高壓變電站其工頻過電壓以及操作過電壓。查閱有關(guān)文獻(xiàn)，操作過電壓和工頻過電壓具體情況如下：①操作過電壓。在變電站附近相間以及對(duì)地分別為2.5p.u和1.5p.u；在整個(gè)線路的中部位置相間以及對(duì)地分別是2.7p.u和1.6p.u。②工頻過電壓。線路斷路器其變電站側(cè)以及線路側(cè)分別是1.4p.u和1.5p.u。

（3）絕緣配合原則。在確定電氣設(shè)備絕緣配合的時(shí)候，需要綜合考慮避雷器的雷電沖擊保護(hù)水平以及操作沖擊保護(hù)水平，在此基礎(chǔ)上明確電氣設(shè)備內(nèi)絕緣耐受電壓，出于安全考慮，還應(yīng)該乘以一配合系數(shù)。在選擇1000kV特高壓輸電電氣設(shè)備絕緣水平的時(shí)候，必須遵循相關(guān)特高壓系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，同時(shí)還需要留有充足的裕度。查閱IEC以及國內(nèi)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)可以知道，考慮到高壓變壓器、并聯(lián)電抗器、電流（電壓）互感器、開關(guān)裝置等的老化問題以及安全距離，其內(nèi)絕緣操作沖擊、內(nèi)絕緣雷電沖擊、外絕緣操作沖擊與雷電沖擊的絕緣配合系數(shù)一般分別取1.15、1.4以及1.05；在不同的位置以及海拔上面變電站所處的環(huán)境一般也存在差別，周圍環(huán)境因素會(huì)直接影響電氣設(shè)備外絕緣放電電壓校正。基于此，針對(duì)海拔不超過1km的地區(qū)，一般情況下都讓外絕緣耐受電壓值直接等于內(nèi)絕緣耐受電壓值。

（4）設(shè)備絕緣水平。綜合上述分析，我國1000kV特高壓變電站中相關(guān)電氣設(shè)備的內(nèi)外絕緣水平如下表所示。由表可知，1000kV特高壓變電站中發(fā)生的統(tǒng)計(jì)過電壓以及最大過電壓分別是1.56p.u和1.75p.u。通過上述數(shù)據(jù)可以分析獲得變壓器的內(nèi)外絕緣操作沖擊耐受電壓裕度是16.9%，而其他相關(guān)設(shè)備為4.8%。所以，在1000kV特高壓變電站中裝設(shè)氧化鋅避雷器能夠在很大程度上提升變電站抵抗雷電沖擊的能力，其可以耐受電壓通常都超過2000a，此水平基本上可以確保變電站得以穩(wěn)定運(yùn)行。

表1 1000kV特高壓變電站中相關(guān)電氣設(shè)備的內(nèi)外絕緣水平

2 1000kV變電站防雷保護(hù)措施

（1）計(jì)算雙避雷線（針）保護(hù)范圍方法，見圖1。結(jié)合特高壓線路特征，在針對(duì)避雷針（線）進(jìn)行裝設(shè)時(shí)，首先必須要考慮避雷針（線）和導(dǎo)線的高度以及線與線之間的距離，另一方面，還需要考慮導(dǎo)線電壓以及避雷針（線）保護(hù)角等多方面因素。假定在特高壓導(dǎo)線附近有一個(gè)等效絕緣截面，此截面半徑等于導(dǎo)線與地面之間的最小安全距離r（本文中取為8m），如圖1所示。圖中的α表示避雷線（針）對(duì)中相導(dǎo)線等效絕緣截面保護(hù)角，而β表示避雷線（針）對(duì)中相導(dǎo)線等效絕緣截面保護(hù)角，只有在r不小于8m的時(shí)候，導(dǎo)線與地面之間的安全絕緣距離才可以滿足電氣絕緣要求，相反，當(dāng)r小于8m的時(shí)候，則無法滿足有關(guān)要求，可以根據(jù)下面的計(jì)算公式來獲得雙避雷線（針）能保護(hù)中相導(dǎo)線的范圍：

圖1 避雷線（針）對(duì)于導(dǎo)線等效絕緣截面保護(hù)角

（2）雷電侵入波保護(hù)措施。在特高壓變電站中一般都利用性能很好的避雷器來保護(hù)電氣設(shè)備以確保設(shè)備的安全。不同的變電站類型及其接線形式，其需要安裝的避雷器數(shù)目以及具體裝設(shè)部位也存在差異。同時(shí)，避雷器數(shù)目及其具體裝設(shè)位置會(huì)直接影響變電站的雷電沖擊絕緣水平?；诖耍娏ζ髽I(yè)有必要高度重視避雷器的選用及其裝設(shè)。本文結(jié)合某1000kV特高壓變電站作為具體實(shí)例進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹，本實(shí)例變電站可以劃分為三個(gè)部分，分別為HGIS變電站、HGIS開關(guān)站以及GIS變電站。

①計(jì)算方法。本文通過EMTP/ATP程序來計(jì)算得到三個(gè)站的雷電侵入波，再結(jié)合變電站的耐雷參數(shù)（取為1500～2000a）制定具體的保護(hù)措施。

②計(jì)算結(jié)果。HGIS開關(guān)站：本期主接線為雙斷路器雙母線接線，該變電站只存在兩回出線在進(jìn)行工作，GIS變電站中存在一條出線與雙斷路器間隔進(jìn)行連接，利用跨線實(shí)現(xiàn)HGIS變電站的兩條出線與兩母線之間的連接。在原有的方案下，避雷器的裝設(shè)位置分別為兩母線上面、高抗回路中以及斷路器間隔中部。結(jié)合計(jì)算得到的結(jié)果將GIS變電站進(jìn)線保護(hù)角降低至5～6°之后，HGIS開關(guān)站其防雷保護(hù)效果便得到了非常大的提升；GIS變電站：本期主接線為雙斷路器雙母線接線，存在一組主變壓器以及一回出線進(jìn)行工作，將雙斷路器間隔與出線相連，利用跨條實(shí)現(xiàn)主變壓器和雙母線之間的相連。分別在雙母線及出線、主變壓器及高抗回路上面裝設(shè)避雷器。結(jié)合計(jì)算結(jié)果便能夠起到有效防雷保護(hù)的效果；HGIS變電站。本期主接線為雙斷路器雙母線接線，存在一組主變壓器以及一回出線進(jìn)行工作，將雙斷路器間隔與出線相連，利用跨條實(shí)現(xiàn)主變壓器和雙母線之間的相連。將避雷器分別裝設(shè)于出線CVT、雙母線、主變壓器及高抗回路中，結(jié)合所獲得的計(jì)算結(jié)果，將變電站進(jìn)線段所處部位保護(hù)角降低至3°便能夠確保其防雷保護(hù)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定。

（3）變電站直擊雷保護(hù)措施。①變電站中避雷針（線）裝設(shè)要求。對(duì)于1000kV特高壓變電站而言，其直擊雷防護(hù)措施通常都是參考500kV變電站。如對(duì)于敝開式的特高壓變電站的直擊雷保護(hù)措施就是就是在變電站構(gòu)架上面安裝避雷針（線）；如果變電站中存在半封閉或者全封閉組合電器的時(shí)候，一般都是在GIS部分引入以及引出套管所處部位來裝設(shè)避雷針（線）。所以，在裝設(shè)避雷針（線）時(shí)應(yīng)該確保避雷針（線）保護(hù)范圍內(nèi)的所有電氣設(shè)備都能夠得到有效地保護(hù)，從根本上確保變電站設(shè)備避免遭遇直擊雷的侵害；②反擊雷電過電壓保護(hù)具體要求。前文已述，在利用避雷針（線）保護(hù)高壓配電設(shè)備時(shí)可以將其裝設(shè)于電站構(gòu)架上面，其在裝設(shè)時(shí)必須要與其保護(hù)裝置之間維持一定的安全距離，除此之外，避雷針（線）接地設(shè)施電阻應(yīng)該盡量小些，接地設(shè)施電阻越小，其對(duì)被保護(hù)設(shè)備的保護(hù)效果就越好，電氣設(shè)備就越不容易遭遇直擊雷侵害。對(duì)于特高壓變電站而言，實(shí)際中存在耐污閃問題，所以絕緣子串長(zhǎng)度一般都設(shè)置成10m甚至超過10m，如果導(dǎo)線與構(gòu)架之間的空氣絕緣間隙長(zhǎng)度超過10m，那就會(huì)顯著增加設(shè)計(jì)以及建設(shè)難度。在本文提到的實(shí)例中，HGIS變電站的空氣間隙長(zhǎng)度所得到的計(jì)算結(jié)果在7.2m左右。

3 結(jié)束語

1000kV特高壓變電站能夠得到安全穩(wěn)定運(yùn)行會(huì)直接影響到整個(gè)電力系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，意義重大。本文對(duì)其防雷保護(hù)及其設(shè)備絕緣水平進(jìn)行了詳細(xì)闡述。針對(duì)1000kV變電站中相關(guān)設(shè)備的絕緣水平及其防雷保護(hù)措施進(jìn)行了分析探討。在具體操作時(shí)，應(yīng)該根據(jù)變電站類型及其接線形式來選擇其需要安裝的避雷器數(shù)目以及具體裝設(shè)部位，只有這樣才可以使得變電站防雷保護(hù)效果達(dá)到最佳。

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2016-10-8