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1、精选优质文档-倾情为你奉上张翠霞等:1000kV 特高压变电站防雷保护和设备绝缘水平第10期输配电(特高压输电技术专栏1000kV 特高压变电站防雷保护和设备绝缘水平张翠霞,杜澍春,葛栋(中国电力科学研究院,北京摘要:结合我国1000kV 晋东南荆门南阳试验示范工程系统过电压的计算结果,论述了绝缘配合方法的原理,推荐了本工程变电站的设备绝缘水平。同时对我国已运行的500kV 和750kV 变电站的直击雷设计和运行经验进行了总结分析,并对1000kV 特高压变电站直击雷防护中存在的一些特殊设计问题进行了计算研究,推荐了1000kV 变电站对直击雷的防护方法。还对晋东南变电站、南阳开关站和荆门变电
2、站雷电侵入波进行了模拟计算,计算出各种运行方式下变电站开关站的安全运行指标,并根据计算推荐了确保每个变电站安全运行年(15002000a 时的避雷器保护方案。关键词:特高压;变电站;防雷保护;绝缘水平中图分类号:TM863文献标识码:A文章编号:1004-9649(-0021-03收稿日期:2006-08-14作者简介:张翠霞(1959-,女,北京人,高级工程师,从事电力系统过电压与绝缘配合及避雷器等方面的研究。E -mail:zhangcx0引言1000kV 特高压输电是一个新的领域,其防雷保护和绝缘配合都是关键性的技术问题。绝缘配合是否合理将直接影响整个工程的布局和工程设备的造价,而变电站
3、又是特高压输电系统的枢纽,起着输电和变电的关键作用,一旦发生雷击损坏事故,有可能造成大面积停电,影响十分严重。所以,变电站要求有可靠的防雷保护措施。1变电站设备绝缘水平的选取1.1过电压水平1000kV 晋东南荆门南阳试验示范工程工频过电压和操作过电压是经研究提供。(1工频过电压a.线路断路器的变电站侧:1.3p.u.。b.线路断路器的线路侧:1.4p.u.,持续时间小于0.4s 。(2操作过电压a.靠近变电站:对地为1.6p.u.,相间为2.6p.u.。b.线路中部:对地为1.7p.u.,相间为2.8p.u.。1.2避雷器站内和线路侧均采用额定电压为828kV 的避雷器。1.3绝缘配合原则对
4、于电气设备绝缘配合方法,电气设备内绝缘的耐受电压是以避雷器的操作冲击、雷电冲击保护水平为基础,同时乘以一配合系数(安全裕度,用惯用法加以确定的。我国特高压输电系统,在选择电气设备的绝缘水平时,应充分考虑我国和国外超高压/特高压系统的工程经验和标准,且应留有一定的裕度。参照IEC 和我国的有关标准1,2,取绝缘配合系数如下:变压器、高压并联电抗器、开关设备和电压互感器、电流互感器等内绝缘的操作冲击绝缘配合系数均取1.15。变压器内绝缘的雷电冲击绝缘配合系数取1.15,考虑运行老化因素再引入一裕度系数1.15。高压并联电抗器、开关设备和电压互感器、电流互感器等考虑保护距离的因素,其内绝缘的雷电冲击
5、绝缘配合系数取1.4。参照IEC 标准1,对电气设备外绝缘的操作冲击和雷电冲击的绝缘配合系数均取1.05。考虑有关的距离因素和海拔高度引起的气象条件变化对于电气设备外绝缘放电电压的校正之后,对于1000m及以下地区特高压电气设备外绝缘的耐受电压可取该设备内绝缘相应耐受电压的同一值。1.4设备绝缘水平综上所述,我国拟建的1000kV 特高压工程变电站设备内、外绝缘水平推荐值如表1所示。以下依据完成的特高压输电操作过电压的研究结果3和特高压变电所雷电过电压的研究结果4,中国电力ELECTRIC POWER第39卷第10期2006年10月Vol.39,No.10Oct. 第39卷中国电力输配电(特高
6、压输电技术专栏表1我国特高压电气设备内、外绝缘冲击耐受电压Tab.1Internal and external insulation impulse withstandvoltages of China UHV substation elements设备最高电压/kV雷电冲击耐压/kV操作冲击耐压/kV变压器电抗器其他设备变压器电抗器其他设备对表1所示的变压器等电气设备耐受电压的可行性作进一步的分析。文献3给出拟议中1000kV电网的变电所中出现的统计过电压为1.56p.u.。其最大过电压可估计为1.7p.u.。于是变压器和其他设备内、外绝缘操作冲击耐受电压的裕度分别为17.8%和4.7%。而
7、特高压变电所雷电侵入波过电压的研究结果显示,变压器和其他设备具有如表1所示的雷电冲击耐受电压并配合适当安装氧化锌避雷器时,变电所的耐雷指标不低于2000a。可见这是相当安全的。2变电站的防雷保护变电站的雷害来自2个方面,一是雷直接击到变电站设备上而造成设备的损坏,简称直击雷;二是雷击到杆塔和避雷线上,造成绝缘子闪络(反击,或者直接击到导线上(绕击产生的雷电波,波沿输电线路传递到变电站而在变电站设备上产生雷电过电压引起设备绝缘损坏,简称侵入波。所以,变电站设备的防雷保护措施有2个方面,一个是直击雷的防护;另一个是雷电侵入波的防护。2.1变电站直击雷的保护对于直击雷的防护,国内外通用的做法是在变电
8、站安装避雷针和避雷线。从我国多年的110500kV变电站直击雷防护运行经验可知,按照我国现行的规程规定方法,正确设计和安装避雷针和避雷线的变电站,其直击雷防护效果是可靠的。我国目前刚刚建成和正在设计的750kV变电站,对于直击雷防护的方法仍是沿用500kV电压等级的方法,即现行设计规程规定的方法,在变电站安装避雷针和避雷线。2.1.1变电站安装避雷针(线的要求对于1000kV特高压变电站,建议采用500kV变电站直击雷的防护办法。如特高压变电站采用敝开式高压配电装置(AIS时,可直接在特高压变电站构架上安装避雷针或避雷线作为直击雷保护装置。如特高压变电站采用半封闭组合电器(HGIS或全封闭组合
9、电器(GIS时,则其GIS部分的引入、引出套管尚需有避雷针(线的直击雷保护装置保护,而GIS本身仅将其外壳接至变电站接地网即可。在设计安装避雷针或(和避雷线时,要使被保护的设备在避雷针或避雷线的有效保护范围之内,以确保变电站设备免遭直击雷。2.1.2变电站避雷针(线对反击雷电过电压保护的要求特高压变电站采用构架上避雷针和(或避雷线作为高压配电装置的直击雷保护装置时,在保证特高压变电站设备在避雷针或避雷线的有效保护范围之内的同时,还要求避雷针或避雷线与被保护设备之间有足够的距离。并且,避雷针或避雷线的接地装置的电阻尽可能小。这样,才能保证当雷击避雷针或避雷线时,不会发生对被保护设备的反击。电力行
10、业标准2要求,对于110500kV变电站,相应构架与导线之间的空气间隙应与构架上悬挂的绝缘子串的长度相当。但对于特高压变电站,由于耐污闪的要求,绝缘子串长度可达10m或更长,如果构架与导线之间的空气间隙也要求这样的长度,会使对构架高度的要求过高,给设计和建设带来困难,并且使工程造价增加。因此,对1000kV特高压变电站工程,研究具有相当可靠的耐受反击雷电过电压要求的构架与导线之间的空气间隙的距离,具有实际和重要意义。以荆门特高压变电站设计为例,对构架避雷线进行反击雷电过电压计算。计算中构架支柱的冲击接地电阻可按4.5(土壤电阻率100m和7.9(土壤电阻率500m2考虑。,海拔高度按1000m
11、时气象条件对间隙放电电压进行修正。经计算得出空气间隙长度为7.0m较为合理。2.2变电站雷电侵入波的保护变电站设备的雷电过电压是通过高性能的避雷器进行限制的。对于不同的变电站型式:敞开式、GIS和HGIS,以及不同的变电站接线方式,应通过计算研究确定避雷器的安装位置和数量,同时确定变电站设备的雷电冲击绝缘水平。避雷器的雷电冲击保护水平、安装位置和数量决定了该变电站的雷电冲击绝缘水平。因此,合理的避雷器的安装位置和数量便显得尤为重要。对于特高压变电站,应根据变电站具体的接线情况,进行计算研究以确定避雷器的安装位置、数量和变电站设备的雷电冲击绝缘水平。在晋东南南阳荆门1000kV特高压输电系统示范
12、试验工程中,晋东南为GIS变电站、南阳为HGIS开关站、荆门为HGIS变电站。2.2.1计算方法运用EM TP/ATP程序对3个站进行雷电侵入波计算,仅考虑变电站进线段近区雷击。根据变电站耐雷指标(变电站年,雷电过电压故障次数的倒数来确定保护方案。前苏联有关标准规定,特高压变电站侵入波的耐雷指标应为12001500a5。鉴于晋东南南阳特高压工程的重要性,我国特高压变电站22 张翠霞等:1000kV特高压变电站防雷保护和设备绝缘水平第10期输配电(特高压输电技术专栏Lightning protection and insulation level of1000kV UHV substationZ
13、HANG Cui-xia,DU Shu-chun,GE Dong(China Electric Power Research Institute,Beijing,ChinaAbstract:Combined with the calculation results of overvoltage on the1000kV AC UHV test and demonstration project from southeasternShanxi province via Nanyang in Henan province to Jingmen in Hubei province of China,
14、the method and theory of insulation coordinationwas discussed,and insulation level of the substation equipments for this project was recommended.The design and operation experiences ofdirect lightning stroke shielding of500kV and750kV substation were analyzed and summarized.Some special design probl
15、ems on directlightning stoke shielding of1000kV AC UHV substation were calculated.Then the protection method for direct lightning stroke shielding of1000kV substation was given.Lighting incoming wave protection of Jindongnan substation,Nanyang switching station and Jingmen substation were also be si
16、mulated to suggest the number and location of MOA in substation.For different station operating conditions,thesafety operation guideline was calculated.According to the calculation results,the MOA installation schemes are put forward for ensuringsafety operation of every station in1500-2000years.Key
17、 words:UHV;substation;lightning protection;insulation level侵入波的耐雷指标取为15002000a。2.2.2计算结果针对设计单位提供的3个变电站的设计,进行了防雷保护的模拟计算。计算包括3个变电站在工程本期单线-单变运行方式下、断路器检修运行方式下以及出线间隔断路器开断的起动方式下,雷击线路时变电站的防雷保护情况。并根据计算推荐了确保3个变电站安全运行年为15002000a时的避雷器保护方案。晋东南站,本期主接线采用双断路器双母线接线。本期有一回出线和一组主变压器运行,出线连接在双断路器间隔上,主变压器通过跨条连接双母线。避雷器配置方
18、案是在出线、主变压器回路、高抗回路及双母线上均安装一组避雷器,其中出线CVT、出线避雷器、高抗和高抗避雷器在同一间隔内。计算结果表明:原避雷器配置方案下,可满足防雷保护要求。南阳HGIS开关站本期主接线采用双断路器双母线接线,南阳站本期仅有两回出线运行,晋东南1出线连接在双断路器间隔上,荆门2出线通过跨条连接两母线。原避雷器配置方案是在断路器间隔中部、高抗回路和两母线上各安装一组避雷器。计算结果表明:仅需将晋东南1线进线段保护角降为5,南阳开关站可以满足防雷保护要求。荆门HGIS变电站,本期主接线采用双断路器双母线接线,荆门站本期有一回出线和一组主变压器运行,出线连接在双断路器间隔上,主变压器
19、通过跨条连接双母线。原避雷器配置方案是主变压器回路、高抗回路、出线CVT处以及双母线上各安装一组避雷器。计算结果表明:荆门变在进线段保护角降为3时,可满足防雷保护要求。3结语(11000kV特高压电气设备内、外绝缘冲击绝缘水平推荐值见表1。(2对于1000kV特高压变电站直击雷的防护,建议仍采用500kV变电站直击雷的防护办法,即按现行设计规程规定的办法,在变电站安装避雷针和避雷线。(3对于特高压变电站避雷针(线对反击雷电过电压保护的要求,通过对荆门特高压变电站构架反击雷电过电压的计算研究,构架与导线之间的空气间隙取7m为宜。(4对于1000kV特高压变电站雷电侵入波的防护,通过安装高性能的避
20、雷器进行限制。应针对具体的变电站接线情况,进行计算研究以确定避雷器的安装位置、数量和变电站设备的雷电冲击绝缘水平,确定典型变电站的防雷保护方案。参考文献:1IEC71-2.Insulation coordination-Part2:Application guideS.1996.2DL/T6201997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合S.DL/T620-1997,Overvoltage protection and insulation coordinationfor ACelectrical installationsS.3中国电力科学研究院.1000kV交流特高压输电系统过电压及电磁暂
21、态分析R.2006.CEPRI.Overvoltageand electromagnetictransient analysisfor1000kVUHVACtransmissionsystemsR.2006.4中国电力科学研究院.1000kV交流特高压变电站/开关站的防雷保护R.2006.CEPRI.Lightning protection for1000kV UHV AC substation andswitching stationR.2006.5ANDERSON J G.Transmission line reference book345kV and aboveM.Electric Power Research Institute,1975.(责任编辑骆平23专心-专注-专业