周 政,鄒榮盛（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司,武漢 430071）

變電站雷電侵入波過電壓保護(hù)的研究

周 政,鄒榮盛
（中國電力工程顧問集團(tuán)中南電力設(shè)計院有限公司,武漢 430071）

雷電侵入波是變電站產(chǎn)生過電壓事故的一個重要的原因，本文研究了500kV GIS變電站保護(hù)的方法，首先創(chuàng)建了雷電侵入波對于變電站影響的模型，然后分析了這種過電壓對于變電站的多種干擾原因，最后提出了經(jīng)濟(jì)可行的雷電侵入波保護(hù)措施。

變電站;避雷器;絕緣子串

1 模型建立

500kV GIS變電站防止雷電波的入侵在電網(wǎng)的研究中越來越重要，有效的防止雷電波可以增強(qiáng)電網(wǎng)的輸電能力，使得特高壓電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行[1-3]。如圖1是某500kV GIS變電站的電氣主接線模型，通過這個模型可以知道，該變電站存在四回進(jìn)線，分別是A1、A2、B1和B2。它們給這個變電站里兩臺變壓器供電。圖1里A1和A2在進(jìn)線段設(shè)置了高壓并聯(lián)電抗器REA，由于REA入口具有非常大的電容，使得必須加強(qiáng)雷電入侵波的防治方法。

假設(shè)雷電流的極性是負(fù)，波形是2.6/50μs，反擊時雷電流大小是216kA，絕大多數(shù)的雷電流小于這個值。發(fā)生繞擊，雷電通道波阻抗Z0大小是800Ω；發(fā)生反擊，雷電通道的波阻抗Z0大小是300Ω[4]。圖2是進(jìn)線段桿塔等值多波阻抗模型圖，假設(shè)桿塔絕緣子串J10發(fā)生閃絡(luò)，雷電侵入波由J10傳到輸電線。桿塔的沖擊接地電阻Rch大小是10Ω，桿塔的檔距設(shè)為400m。

避雷線與導(dǎo)線都是單相無損的導(dǎo)線，前者采用LBGJ-120-40AC 與OPGW-140兩種類型，其波阻抗大小是200Ω；后者采用4×LGJ-400/50，其波阻抗大小是380Ω，當(dāng)線路發(fā)生電暈時，波阻抗減小20%~30%，那么它的波阻抗大小是280Ω。變電站避雷器的伏安特性如表1所示，假設(shè)參考電壓Uref大小是額定電壓2倍，那么電站型參考電壓Uref大小是840kV，線路型參考電壓Uref大小是888kV。

表1 變電站避雷器的伏安特性

2 影響因素分析

雷電侵入波對于變電站里各種裝置會產(chǎn)生嚴(yán)重干擾，嚴(yán)重時，造成不能正常輸電，下面重點分析雷電侵入波對絕緣子串閃絡(luò)的影響因素。絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)的時刻越早，雷電侵入波在電氣設(shè)備中出現(xiàn)的過電壓越高，產(chǎn)生的破壞越大。在圖1中，B2通過母線Ⅱ向＃2主變輸電，假設(shè)雷擊1＃桿塔，此時在絕緣子串導(dǎo)線端J10工頻電壓vf(t)是：

圖3中兩種工頻電壓情況下的絕緣子串閃絡(luò)電壓波形曲線相似，最大的不同點是發(fā)生閃絡(luò)的時間不一樣。通過圖3可以知道，當(dāng)雷擊避雷線的時候，首先要經(jīng)過一段時間后（大約0.13μs），雷電侵入波才可以傳到絕緣子串，使其電壓快速升高。雷擊避雷線0.7μs~0.8μs時，絕緣子串電壓曲線上升比較緩慢，1μs后，電壓曲線增長又開始明顯上升，但沒有雷電侵入波剛傳到絕緣子串時的速度快，原因為侵入波由桿塔底部反射到絕緣子串，反射波抵銷了部分部分雷電侵入波。表2是不同vf(t)情況下，雷電侵入波對電氣裝置的影響，分析表2得到，閃絡(luò)開始的時間晚時，GIS過電壓變小，然而其他電氣裝置變大。原因是反射波傳到絕緣子串的時候，其他電氣設(shè)備的過電壓值已經(jīng)增加了很大，反射波難以抵銷雷電侵入波對于電氣設(shè)備的影響。

表2雷電侵入波對電氣裝置的影響

3 電氣裝置防護(hù)措施

變電站防止雷電侵入波的措施一般為恰當(dāng)安裝避雷器，使得設(shè)備足夠可以耐受雷電侵入波。本文設(shè)計的變電站假如進(jìn)線的斷路器斷開，使得輸電線路的末端空載運(yùn)行，由于線路的電容效應(yīng)，使得其在工頻條件下，末端電壓很大，如果雷電波侵入，電壓將會增加兩倍。因此在進(jìn)線端安裝避雷器，以除雷電波的影響，為了得到雷電波的影響分布，采取一種有效的防護(hù)措施，而沒有在變電站里安裝避雷器。

假設(shè)線路處于最嚴(yán)重的單母線工作狀態(tài)，存在電抗器和沒有電抗器分別如圖4(a)和4(b)所示，4(a)是圖1的B2通過母線Ⅱ向＃2主變提供電能，4(b)是圖1的B2通過母線Ⅱ向＃2主變提供電能。

分析圖4可以知道，當(dāng)雷電波侵入變電站時，主變上將會產(chǎn)生非常高的過電壓，GIS里的過電壓大于裝置的耐受電壓，因此要求安裝保護(hù)裝置。需要采取的措施是在線路的進(jìn)線端安裝線路型避雷器，而在主變側(cè)和GIS的母線端安裝，此時既可以有效的降低變電站內(nèi)部的過電壓，同時比較經(jīng)濟(jì)可靠，節(jié)省成本。

4 結(jié)語

本文通過設(shè)計500kV變電站防止雷電波入侵的方法，在線路處于最嚴(yán)重的單母線工作狀態(tài)時，采取的措施為在線路的進(jìn)線端安裝線路型避雷器，而在主變側(cè)和GIS的母線端安裝，該方法達(dá)到了線路防雷的需要。

[1]張翠霞,杜澍春,葛棟.1000kV特高壓變電站防雷保護(hù)和設(shè)備絕緣水平[J].中國電力,2006,39(10):21-23.

[2]張永記,司馬文霞,張志勁.防雷分析中桿塔模型的研究現(xiàn)狀[J].高電壓技術(shù),2006,32(7):93-97.

[3]谷定燮.500kV輸變電工程設(shè)計中雷電過電壓問題[J].高電壓技術(shù),2000(12).

[4]Yu Jian Hui, Cai Dengke, Hu Zhong, Xiao Yong and Qiu Dongfeng, Research on line ZnO surge arrester without supporting series gap for 500kV AC power transmission line,2004 international conference on solid dielectrics, Toulouse, France, July 5-9,2004.

周政(1989-),男,湖北武漢人,碩士研究生,中級工程師.