220kV變電站進(jìn)線的防雷措施探析

（廣東谷源電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

220kV變電站進(jìn)線的防雷措施探析

鄒冰兵

（廣東谷源電力工程有限公司，廣東 廣州 510000）

在電力系統(tǒng)中，微機(jī)保護(hù)是電網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行的保護(hù)傘，自動(dòng)化裝置的廣泛使用大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的安全性。值得注意的是，這些裝置處于惡劣的電磁環(huán)境之中，很容易受到干擾和沖擊，尤其是雷電沖擊，采取合理有效的防雷措施對(duì)于變電站的穩(wěn)定來(lái)說(shuō)意義重大。本文針對(duì)220kV變電站進(jìn)線的防雷進(jìn)行研究，通過(guò)具體案例分析了變電站及輸電線路的防雷保護(hù)，給出了完善線路防雷保護(hù)的具體措施，以期給相關(guān)工作人員參考。

變電站；進(jìn)線；防雷保護(hù)

在變電站的設(shè)計(jì)規(guī)劃中，對(duì)于220kV的輸電線路，需要全線架設(shè)避雷線，220kV變電站中還需要安裝母線避雷器，共同保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。近年來(lái)，我國(guó)的氣候條件發(fā)生了較大變化，輸電線路所面臨的自然環(huán)境變得惡劣起來(lái)，常常會(huì)出現(xiàn)輸電線路遭受雷擊的現(xiàn)象，直接雷和繞擊雷對(duì)輸電線路造成的傷害是不言而喻的，另外，雷電的入侵還會(huì)造成變電站斷路器的損壞。完善變電站進(jìn)線的防雷保護(hù)措施對(duì)于減少電網(wǎng)事故來(lái)說(shuō)有著重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 案例分析

某220kV變電站中有兩臺(tái)主變壓器，其容量都為120MVA，其電壓比為230±3×2.5%/121/38.5kV，接線方式為雙母線帶旁路接線；運(yùn)行時(shí)，兩臺(tái)主變壓器并列運(yùn)行。在一次事故過(guò)程中，雷電暴風(fēng)雨造成一線路遭受雷擊出現(xiàn)單相接地，相應(yīng)的母線失靈保護(hù)動(dòng)作跳閘；經(jīng)過(guò)工作人員的檢查后發(fā)現(xiàn)該線路上的斷路器W相出現(xiàn)了瓷套的損傷。在事故發(fā)生之前，兩條母線是并列運(yùn)行的，其中，1號(hào)主變壓器和遭受雷擊線路兩旁的線路運(yùn)行于220kVVI號(hào)母線，2號(hào)主變壓器運(yùn)行于220kvn母線；母聯(lián)斷路器處于閉合狀態(tài)。事故發(fā)生過(guò)程中，該地區(qū)發(fā)生了大面積的雷雨天氣，雷電十分強(qiáng)烈。變電站首先發(fā)出了事故總信號(hào)，其中的26號(hào)斷路器出現(xiàn)了雙高頻保護(hù)動(dòng)作跳閘，并且一相接地，短路電流二次值高達(dá)14.16A；經(jīng)檢查后發(fā)現(xiàn)，跳閘斷路器的W相滅弧室中出現(xiàn)了瓷套損壞，下部的法蘭有幾處放電痕跡。

2 雷擊事故原因分析

事故發(fā)生后立即展開線路巡視，其中的26號(hào)線路遭受了雷擊，一桿塔的W相線路上的絕緣子出現(xiàn)了放電擊穿現(xiàn)象并且單相接地，這是導(dǎo)致故障跳閘的直接原因。另外，查看斷路器的保護(hù)動(dòng)作錄波圖發(fā)現(xiàn)，高頻保護(hù)首先啟動(dòng)了出口的跳閘，在線路出現(xiàn)了接地后高頻閉鎖距離和零序被啟動(dòng)。圖1給出了雷電入侵的示意圖及斷路器W相斷口電壓的示意圖。

圖1 雷電侵入示意圖及斷路器W相斷口電壓示意圖

3 輸電線路遭受雷擊分析

據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)的事故跳閘事件中，輸電線路因遭受雷擊而出現(xiàn)故障的事件占據(jù)了36.2%的比例。由此可見，輸電線故障跳閘中雷擊是最主要的原因。如果能夠采取有效措施減少輸電線路的雷擊跳閘事故，就能夠避免雷電侵入波對(duì)變電站中電氣設(shè)備的損害。雷電對(duì)輸電線路的破壞有兩種方式，分別是直擊和繞擊，因此，其產(chǎn)生的過(guò)電壓就有直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓之分。在110kV及以上的輸電線路中，感應(yīng)過(guò)電壓可以通過(guò)架設(shè)避雷線的方式加以防范。過(guò)電壓會(huì)使避雷線、桿塔以及大地之間形成一個(gè)回路，其中有雷電流流過(guò)。桿塔接地電阻會(huì)造成桿塔頂部與地之間存在電壓差；當(dāng)該電位差大于絕緣子50%的雷電沖擊放電電壓時(shí)，絕緣子就會(huì)出現(xiàn)擊穿放電現(xiàn)象。當(dāng)導(dǎo)線遭受雷電繞擊時(shí)，過(guò)電壓將會(huì)在導(dǎo)線上傳播，造成導(dǎo)線的電位升高，有可能引起單相短路，從而出現(xiàn)線路的故障跳閘。

4 應(yīng)對(duì)措施

為了有效減少變電站中電氣設(shè)備遭受雷擊的可能性，本文提出了以下幾種應(yīng)對(duì)措施。

4.1 安裝變電站進(jìn)線避雷器

配電線路沒有全線架設(shè)避雷線，在變電站中安裝避雷器組可以實(shí)現(xiàn)有效防雷。在變電站內(nèi)，有些斷路器需要經(jīng)常開斷運(yùn)行，在這些斷路器的線路側(cè)應(yīng)該安裝避雷器，用以防止斷路器斷口遭受雷電過(guò)電壓的損壞。盡管避雷線能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)線路的保護(hù)，但是在變電站內(nèi)的斷路器斷口處還會(huì)存在雷電波的入侵以及感應(yīng)過(guò)電壓的破壞。

4.2 采用線路避雷器

輸電線路具有線路長(zhǎng)的特點(diǎn)，采取就地消納雷電的方式可以有效減小雷電危害，因此加裝避雷器和避雷針可以有效防止雷電波對(duì)變電站的破壞。

將避雷器安裝于線路后，當(dāng)導(dǎo)線受到雷電繞擊時(shí)，一旦絕緣子兩端的電壓到達(dá)避雷器的動(dòng)作電壓，避雷器就會(huì)發(fā)生動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電流的分流；其中，一部分電流將會(huì)流經(jīng)桿塔和避雷線，從而抬高塔頂?shù)碾娢?，這樣可以有效降低絕緣子兩端的電壓，絕緣子就不會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)，線路也不會(huì)出現(xiàn)跳閘。當(dāng)塔頂遭受雷電直擊，線路避雷器也會(huì)發(fā)生相應(yīng)的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)電流的分流；另外，避雷線和輸電導(dǎo)線之間還存在電磁感應(yīng)作用，在兩種線路上會(huì)產(chǎn)生分流的耦合分量，它將會(huì)使得導(dǎo)線的電位得到抬高，導(dǎo)線與塔頂間的電位差不會(huì)超過(guò)絕緣子的閃絡(luò)電壓，這樣一來(lái)，絕緣子就不會(huì)閃絡(luò)。

在選擇避雷器上，當(dāng)前，復(fù)合絕緣金屬氧化鋅型避雷器是220kV及以上輸電線路的首選，它又分為帶間隙和不帶間隙兩種類型。就變電站的進(jìn)線保護(hù)來(lái)說(shuō)，應(yīng)該選擇無(wú)間隙型避雷器，這種避雷器采用的是氧化鋅閥片，它具有十分優(yōu)越的伏安特性曲線，放電沒有延時(shí)，續(xù)流小，通流能量較大等；就輸電線路而言，應(yīng)該采用帶串聯(lián)間隙型式避雷器，在正常情況下，串聯(lián)間隙能夠保證避雷器不受電壓作用，也沒有電流流過(guò)；一旦遭受雷擊，串聯(lián)間隙就會(huì)被擊穿，使避雷器形成一個(gè)通路，此時(shí)避雷器才真正投入使用，實(shí)現(xiàn)泄流作用，限制了過(guò)電壓，對(duì)絕緣子起到了保護(hù)作用，同時(shí)也避免了線路的跳閘事故；這種避雷器的主要優(yōu)點(diǎn)在于：當(dāng)線路沒有遭受過(guò)電壓時(shí)，避雷器不會(huì)承受電壓，有效延緩了避雷器的老化現(xiàn)象。但這種避雷器的使用應(yīng)該與絕緣子耐受的過(guò)電壓相匹配，所以要正確調(diào)整間隙大小。

在安裝避雷器的過(guò)程中，首先應(yīng)該合理選擇安裝地點(diǎn)，對(duì)此應(yīng)該與雷電定位系統(tǒng)相結(jié)合，對(duì)雷電的活動(dòng)情況進(jìn)行分析，找到雷電的頻繁區(qū)，綜合考慮地形、地勢(shì)、地貌等因素來(lái)選擇安裝地點(diǎn)。在10～35kV的系統(tǒng)中，應(yīng)該將避雷器安裝在斷路器和出線隔離刀閘間，也可以安裝在線路一側(cè)；這樣一來(lái)，既可以防止過(guò)電壓的破壞，又可以防止斷路器受到過(guò)電壓的影響。220kV及以上的輸電線路則應(yīng)該視具體情況來(lái)選擇避雷器的安裝位置；在雷電反擊易發(fā)區(qū)，將避雷器安裝于桿塔的兩邊；從提高耐雷水平的角度出發(fā)，也可以將避雷器安裝在落雷塔上，同時(shí)在相鄰的桿塔上安裝避雷器。

4.3 運(yùn)行方式安排和操作要求

在雷雨季節(jié)，要對(duì)設(shè)備的運(yùn)行方式進(jìn)行合理安排，對(duì)于正常熱備用的斷路器來(lái)說(shuō)，應(yīng)該裝設(shè)避雷器進(jìn)行保護(hù)；而對(duì)于短期的熱備用斷路器則在雷電發(fā)生之前將其轉(zhuǎn)為運(yùn)行或是冷備用。在遭遇雷電跳閘后，為了有效防范雷電過(guò)電壓的破壞，線路跳閘之后應(yīng)該首先進(jìn)行試送；如果試送不成功，應(yīng)該斷開聯(lián)絡(luò)線路兩端的斷路器，或者是將這些斷路器轉(zhuǎn)為冷備用狀態(tài)。

4.4 其它措施

除上述方法之外，還應(yīng)該進(jìn)行線路的防雷接地檢查，線路的桿塔接地電阻應(yīng)該在標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍之內(nèi)，以此來(lái)保證不會(huì)發(fā)生雷電反擊。要定期進(jìn)行線路接地電阻的普查，對(duì)于超出標(biāo)準(zhǔn)的要進(jìn)行及時(shí)改進(jìn)和更換。

結(jié)語(yǔ)

在電網(wǎng)的安全運(yùn)行過(guò)程中，雷電的影響是不言而喻的。應(yīng)該盡可能的在線路上裝設(shè)避雷器防止雷電的破壞?，F(xiàn)場(chǎng)經(jīng)驗(yàn)表明，將變電站進(jìn)線的避雷器作為典型設(shè)計(jì)的內(nèi)容是十分有必要的。本文通過(guò)具體案例分析了變電站及輸電線路的防雷保護(hù)，給出了完善線路防雷保護(hù)的具體措施。在今后，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)防雷設(shè)備的檢測(cè)和維護(hù)，按照標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行防雷設(shè)備的測(cè)試。

[1]趙智大.高電壓技術(shù)[M].北京：中國(guó)電力出版社，2006，08.

[2]國(guó)家電網(wǎng)公司輸變電設(shè)備評(píng)估分析報(bào)告[R].國(guó)家電網(wǎng)公司生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)部，2005，01.

[3]GB 11032-2002.交流無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器[S].

TD61 < class="emphasis_bold"> 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

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