220kV变电站防雷措施的探讨

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摘要: 通过对一起变电站雷电侵入波造成站内断路器损坏案例的阐述,对输电线路和变电站的防雷保护进行分析,提出完善线路防雷保护的措施。文中讨论了在合适的地点加装线路避雷器,以及线路避雷器的安装方式和运行注意事项,以减少雷电灾害时电网安全稳定运行的影响.

关键词: 变电站；进线；雷击电线分析；防雷保护；输电线路；断路器

中图分类号：TM411+.4 文献标识码：A 文章编号：

1.引言

变电站的安全运行对电力系统非常重要,且变压器的内绝缘一旦击穿不能自恢复,将造成极大经济损失。在多雷区,电力系统故障85%以上是由雷电引起。变电站的雷害事故主要来自两方面,即直击雷和侵入雷。凡是按规程装设了避雷针、避雷线后,前者造成的事故率非常低,约0.3 次/( 年・百站)因此,雷电过电压沿线路侵入变电站对变电站设备,尤其是变压器构成了主要胁。

装设MOA是变电站侵入波防护非常有效的措施之一,但需要正确选择MOA 的参数,合理确定保护接线方式, 如避雷器的数量、位置等。某220kvGIS变电站有5台主变,其中3台通过电缆线路与GIS连接。电力部标准规定 “全线电缆- 变压器组接线的变电所内是否需装设阀式避雷器,应视电缆另一端有无电过电压侵入的可能,经校验确定”。笔者利用电磁暂态程序ATP-EMTP计算此变电站的雷电侵入波过电压,从而确定雷电过电压防护措施,保证主变及整个GIS系统的安全运行。

2.变电站供配电系统

图1为220kV GIS变电站110～220kV主接线示意图。

220kV GIS变电所共3回架空进线:至A变电所2回(R1、R2).至B变电所1回(C1)。220kV GIS为双母线接线。

变压器T1、T2容量均为300MV・A,并列运行,高压侧直接与220kV GIS相连,低压侧接至110kVGIS(P1、P2)

变压器T3、T4均为电缆-变压器组接线,容量均为300MV・A。220kV电缆直接与变压器相连,每相2根,分两个“品”字型敷设,电缆长度为2km。

第2电变电所主变压器T5通过1.2km的电缆与GIS相连。变压器由ABB供货,容量180MV・A。

3.雷击输电线路分析

据运行数据统计,全国1999年至2003年66kv及以上输电线路雷害故障3280次, 占全部跳闸次数的36.20%可见,雷击已是造成输电线路故障跳闸的首要原因。减少输电线路遭受雷击的次数,就可以减少雷电侵人波对变站内电气设备的危害。

雷击输电线路的方式有直击和绕击2种,过电压类型包括直击雷过电压和感应过电压。对于110kV及以上输电线路,当全线架设避雷线时,感应过电压一般不会造成输电线路绝缘闪络。当线路避雷线或杆塔遭受直击雷时,在雷击点立即产生过电压。在过电压作用下,避雷线、杆塔大地形成回路,产生雷电流。由于杆塔接地电阻的存在,导致塔顶对地之间形成电位差,其值为通过杆塔接地处的雷电流值乘以杆塔的接地电阻值。当杆塔塔顶的电位与导线间电位差超过绝缘子50 % 雷电冲击放电电压时,线路绝缘子击穿放电,相当于线路接地短路。当雷电绕击于导线时,导线上某点产生过电压,该电压沿导线向两个方向传播,导线电位升高，当导线和杆塔之间电位大于线路绝缘子50%雷电冲放电电压时,导线通过绝缘子、杆塔接地,形成闭合通路,对中性点直接接地系统即构成单相短路,引起线路故障跳闸。

4.对策及建议

根据输电线路受雷击的2种方式及放电形成的过程,可以从以下几个方面采取相应对策进行控制,减少雷击对变电站内电气设备的危害及线路雷击跳闸率。 4.1 安装变电站进线避雷器防止雷电过电压

对配电线路，由于未全线架设避线,10 kV配电线路在变电站内加装避雷器1组,可起到很好的防雷效果。对经常断开运行的断路器,规程规定在其线路侧加装避雷器,防止雷电过电压损断路器断口，说明避雷器对保护断路器防止雷电过电压是十分必要的。虽然避雷线可以保护线路大部分雷击,但雷电波侵人及感应雷电过电压会在变电站断路器断口产生过电压,对断路器构成威胁

4.2 线路避雷器的采用

由于线路长度大,暴露在旷野或高山,前述运行数据统计分析表明,雷电是造成线路雷击跳闸的主要原因。因此,应采取线路遭受雷击后就地消纳的方式,根据雷电定位系统统计数据,应对位于重雷区的220kv及以上线路加装线路防雷措施,包括加装避雷器及引雷针,防止雷电波沿线路侵包括加装避雷器及引雷针,防止雷电波沿线路侵人变电站。

①线路避雷器的保护原理

加装线路避雷器后,雷电绕击到导线时,当绝缘子两端的电压达到线路避雷器的动作电压时,避雷器动作加人分流,雷电流一部分将从避雷器流到杆塔以及避雷线,使塔顶的电位抬高,减小绝缘子两端的电压差,从而避免了绝缘子闪络,避雷器的工频续流在第一次过零时就能熄灭,因此不会造成线路跳闸。当雷电直击避雷线或塔顶时,线路避雷器的动作情况和绕击的情况类似,当绝缘子两端的电压达到线路避雷器的动作电压时,避雷器动作加人分流,雷电流大部分将从避雷器流到导线,由于导线和避雷线之间的电磁感应,将分别在导线和避雷线上产生藕合分量;因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流,这种分流的藕合作用将使导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压, 绝缘子不会发生闪络。

②安装地点的选择及安装注意事项

在安装之前要慎重选择安装点,安装点的选择可以结合雷电定位系统,分析雷电活动分布情况,找出雷电活动频繁区,再根据线路所经的地形、地势、地貌以及运行经验,合理选择安装点。对10一35kV系统,避雷器应安装在断路器与出线隔离闸刀之间或装于线路侧,既可防止操作过电压,也可以保护断路器免受雷电过电压影响;对220kV及以上输电线路可考虑采取不同措施。应对易于发生反击的区段, 可在杆塔两边相进行安装, 为更好提高该区段的耐雷水平,可以在易发生直击落雷塔三相安装,并在两侧的相邻杆塔两边相分别安装线路避雷器。对于易发生绕击地段,需要在该档距两侧杆塔的边相上安装线路避雷器。

串联纯空气间隙的避雷器只适合安装在悬垂塔上,由于没有其它物体可做支撑,同时受避雷器本体机械强度的限制。因此,避雷器只能垂直安装。这种避雷器间隙尺寸和本体尺寸是固定的,线路绝缘子串长度则根据不同地区和地形会有所变化;因此,在安装时,必须根据安装位置和杆塔形状,通过调节避雷器本体的悬挂高度以及借助其它辅助措施来满足安装要求。带复合绝缘支撑件间隙线路避雷器,即把两个环状间隙用一段复合线进行软连接。绝缘子固定,一端与避雷器本体串联, 另一端与导线进行软连接。

5.雷季运行方式安排及操作要求

考虑正常热备用的断路器应装有避雷器保护。对可能短期作为热备用的断路器,在雷电前应转运行或冷备用。在遇有雷电跳闸时,为防止雷电过电压的影响, 跳闸后, 应试送 试送不成功时,对联络线路,两侧断路器都应断开,或转为冷备用状态。

6.结语

雷电是影响电网安全运行的主要自然灾害之一,在可能的情况下应采取加装避雷器等相应的防雷措施，以较少的投人,减少雷电对电网的影响。根据现场运行经验,应将变电站线路避雷器作为典型设计内容纳人新建变电站的设计中,根据需要安装线路避雷器。应加强防雷设施、防雷设备的检测维护,严格按规程进行测试、维护,减少雷电灾害损失,保障电网的可靠运行。

参考文献:

[1]林韶文, 黄群古, 曾益民. 多雷区输电线路及变电站防雷保护[J].高电压技术, 2009

[2]张纬钹, 高明玉. 电力系统过电压及绝缘配合2010

[3]交流无间隙金属氧化锌避雷器[S]2010