席楚妍,郝 捷,程雪婷
(1.國網(wǎng)太原供電公司,山西太原 030001;2.國網(wǎng)山西省電力公司電力科學(xué)研究院,山西太原 030001)
智能變電站安全運(yùn)行已經(jīng)成為一個重要課題。雷電會產(chǎn)生巨大的危害,缺乏有效的防雷措施,變電站極有可能受到嚴(yán)重?fù)p壞。因此本文通過仿真某實際變電站遭受雷擊時,雷電侵入波過電壓對站內(nèi)母線及主變壓器的影響因素[1-2]。
山西電網(wǎng)某智能變電站共有2條110 kV進(jìn)線,在進(jìn)線段2 km內(nèi)均架設(shè)避雷線。其中1條線路共有36基桿塔,其1號、2號、3號桿塔之間檔距分別為197.50 m、207.31 m,1號桿塔為110 kV進(jìn)線段終端桿塔;其主變壓器采用Yd11接線,容量為63000 kVA。高壓側(cè)母線與變壓器距離為164 m,低壓側(cè)母線與變壓器距離為98 m。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,該變電站進(jìn)線、母線以及PT均已安裝避雷器。依據(jù)該變電站的實際情況,采用ATP-EMTP建立仿真系統(tǒng),如圖1所示[3-4]。站內(nèi)各電氣設(shè)備采用入口電容模擬,采用參考文獻(xiàn)中的典型值。其中,斷路器為300 pF,電壓互感器為5000 pF,主變壓器為2100 pF。
變電站中各電氣設(shè)備遭受的雷電侵入波過電壓會受到許多因素的影響,而雷擊點是影響雷電侵入波過電壓的一個重要因素。通過該線路的運(yùn)行方式可知,變電站進(jìn)線段只有在終端桿塔遭受雷擊時,變電站內(nèi)各電氣設(shè)備上的雷電侵入波過電壓最高。為驗證該結(jié)果,使用不同幅值的雷電流分別雷擊該變電站110 kV進(jìn)線段1號—3號桿塔。例如,設(shè)定雷電流為100 kA,分別雷擊110 kV線路的進(jìn)線段1號—3號桿塔,得到110 kV母線波形如圖2所示,主變壓器波形如圖3所示。
由圖2、圖3可以看出,終端桿塔遭受雷擊時其最大過電壓值最高。使用不同幅值的雷電流反擊該變電站110 kV進(jìn)線段1號—3號桿塔,可驗證該結(jié)果的正確性,結(jié)果如表1所示。
從表1可以看出:變壓器上的雷電侵入波過電壓受雷擊點的影響較大。當(dāng)線路的終端桿塔遭受雷擊時,會導(dǎo)致變電站內(nèi)的母線以及主變壓器產(chǎn)生最高的過電壓值,這是由于終端桿塔與變電
站的距離最近,雷電波在傳輸過程中的衰減很少,而其他桿塔相對于終端桿塔來說與變電站具有較遠(yuǎn)的距離,在遭受雷擊時雷電波傳輸過程中的衰減較大。由于進(jìn)線段桿塔之間的檔距約為200 m,由此可知,該線路110 kV進(jìn)線段桿塔每隔200 m的檔距時,變電站100 kV母線、主變壓器的最大過電壓逐漸衰減。
圖1 110 kV變電站仿真模型
圖2 110 kV線路進(jìn)線段受雷電反擊時進(jìn)線段110 kV母線波形
圖3 110 kV線路進(jìn)線段受雷電反擊時主變壓器波形
表1 110 kV線路進(jìn)線段受雷電雷擊作用時110 kV母線及主變壓器最大過電壓
在變電站終端桿塔遭受雷擊時,變電站母線和主變壓器會產(chǎn)生最高的雷電侵入波過電壓值。本文在仿真計算變電站雷電侵入波過電壓的過程中選取最嚴(yán)酷情況,即雷擊點為變電站110 kV線路的終端桿塔(兩線路的1號桿塔)。
依據(jù)DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》規(guī)定當(dāng)避雷器與主變壓器及其他被保護(hù)設(shè)備的電氣距離不超過規(guī)定值時,可僅在母線設(shè)置避雷器。由于主變壓器是變電站核心設(shè)備,且主變壓器受雷擊損壞事故時有發(fā)生,因此本節(jié)依據(jù)上一節(jié)仿真結(jié)論,采用終端桿塔遭受雷擊仿真分析主變壓器增設(shè)避雷器對主變壓器及母線過電壓幅值的影響,以探討主變壓器附近增設(shè)避雷器的必要性[5]。
通過仿真110 kV進(jìn)線段終端桿塔遭受雷電反擊作用,計算變電站主變壓器安裝避雷器前后變電站110 kV母線與主變壓器的最大過電壓幅值。圖4、圖5分別給出終端桿塔受100 kA雷電流反擊作用時,變電站110 kV母線與主變壓器在安裝避雷器前后所承受的最大雷電侵入波過電壓波形對比圖(設(shè)定避雷器與主變壓器的電氣距離為10 m)。
圖4 110 kV線路終端桿塔受雷電反擊作用時110 kV母線雷電侵入波過電壓波形對比圖
圖5 110 kV線路終端桿塔受雷電反擊作用時主變壓器雷電侵入波過電壓波形對比圖
根據(jù)仿真結(jié)果得到的波形圖即可計算出110 kV母線、主變壓器承受的最大過電壓值。由三者波形圖可以看出,在主變壓器附近安裝避雷器可以有效地降低其承受的最大過電壓值。為驗證其正確性,可仿真計算110 kV終端桿塔受不同幅值雷電流反擊時,該變電站110 kV母線、主變壓器最大雷電侵入波過電壓值,雷電流幅值為 50~250 kA的仿真結(jié)果如表2所示。
表2 110 kV線路終端桿塔受雷電反擊時110 kV母線及主變壓器最大過電壓值
由該110 kV變電站基本情況可知,該變電站110 kV有2條進(jìn)線,全線架設(shè)避雷線且長度均超過2 km,母線避雷器距離變壓器入口164 m,查閱DL/T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》表12規(guī)定可知母線避雷器距離變壓器入口小于170 m,未在主變壓器附近設(shè)置避雷器,僅用母線避雷器保護(hù)。若在該變電站主變壓器高壓側(cè)附近增設(shè)1組氧化鋅避雷器時,主變壓器高壓側(cè)雷電侵入波過電壓下降率可達(dá)40%左右,并且同步降低了母線承受的雷電侵入波過電壓,因此從保護(hù)主變壓器角度出發(fā),該變電站在主變壓器高壓側(cè)附近增設(shè)1組氧化鋅避雷器十分必要。
依據(jù)某110 kV變電站的實際情況,建立了110 kV線路及變電站雷電侵入波過電壓仿真模型;在此基礎(chǔ)上分別仿真分析了線路遭受雷擊時,變電站受雷電侵入波過電壓的影響,確定終端桿塔遭受雷擊是變電站雷電侵入波過電壓最嚴(yán)酷情況;依據(jù)最嚴(yán)酷情況對該變電站主變壓器高低壓側(cè)附近增設(shè)氧化鋅避雷器進(jìn)行仿真分析。仿真結(jié)果表明該變電站在主變壓器高低壓側(cè)附近分別增設(shè)1組氧化鋅避雷器將有效降低主變壓器承受的最大雷電侵入波過電壓幅值,并同步降低母線電氣設(shè)備承受的雷電侵入波過電壓,雖然按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定該變電站變壓器附近可不專設(shè)避雷器,但從保護(hù)主變壓器角度出發(fā),增設(shè)主變壓器附近的避雷器十分必要,也是防治變電站雷電侵入波的有效措施。