变电站雷电侵入波过电压保护的研究

周 政,邹荣盛（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司,武汉 430071）

变电站雷电侵入波过电压保护的研究

周 政,邹荣盛
（中国电力工程顾问集团中南电力设计院有限公司,武汉 430071）

雷电侵入波是变电站产生过电压事故的一个重要的原因，本文研究了500kV GIS变电站保护的方法，首先创建了雷电侵入波对于变电站影响的模型，然后分析了这种过电压对于变电站的多种干扰原因，最后提出了经济可行的雷电侵入波保护措施。

变电站;避雷器;绝缘子串

1 模型建立

500kV GIS变电站防止雷电波的入侵在电网的研究中越来越重要，有效的防止雷电波可以增强电网的输电能力，使得特高压电网稳定运行[1-3]。如图1是某500kV GIS变电站的电气主接线模型，通过这个模型可以知道，该变电站存在四回进线，分别是A1、A2、B1和B2。它们给这个变电站里两台变压器供电。图1里A1和A2在进线段设置了高压并联电抗器REA，由于REA入口具有非常大的电容，使得必须加强雷电入侵波的防治方法。

假设雷电流的极性是负，波形是2.6/50µs，反击时雷电流大小是216kA，绝大多数的雷电流小于这个值。发生绕击，雷电通道波阻抗Z0大小是800Ω；发生反击，雷电通道的波阻抗Z0大小是300Ω[4]。图2是进线段杆塔等值多波阻抗模型图，假设杆塔绝缘子串J10发生闪络，雷电侵入波由J10传到输电线。杆塔的冲击接地电阻Rch大小是10Ω，杆塔的档距设为400m。

避雷线与导线都是单相无损的导线，前者采用LBGJ-120-40AC 与OPGW-140两种类型，其波阻抗大小是200Ω；后者采用4×LGJ-400/50，其波阻抗大小是380Ω，当线路发生电晕时，波阻抗减小20%~30%，那么它的波阻抗大小是280Ω。变电站避雷器的伏安特性如表1所示，假设参考电压Uref大小是额定电压2倍，那么电站型参考电压Uref大小是840kV，线路型参考电压Uref大小是888kV。

表1 变电站避雷器的伏安特性

2 影响因素分析

雷电侵入波对于变电站里各种装置会产生严重干扰，严重时，造成不能正常输电，下面重点分析雷电侵入波对绝缘子串闪络的影响因素。绝缘子串发生闪络的时刻越早，雷电侵入波在电气设备中出现的过电压越高，产生的破坏越大。在图1中，B2通过母线Ⅱ向＃2主变输电，假设雷击1＃杆塔，此时在绝缘子串导线端J10工频电压vf(t)是：

图3中两种工频电压情况下的绝缘子串闪络电压波形曲线相似，最大的不同点是发生闪络的时间不一样。通过图3可以知道，当雷击避雷线的时候，首先要经过一段时间后（大约0.13μs），雷电侵入波才可以传到绝缘子串，使其电压快速升高。雷击避雷线0.7μs~0.8μs时，绝缘子串电压曲线上升比较缓慢，1μs后，电压曲线增长又开始明显上升，但没有雷电侵入波刚传到绝缘子串时的速度快，原因为侵入波由杆塔底部反射到绝缘子串，反射波抵销了部分部分雷电侵入波。表2是不同vf(t)情况下，雷电侵入波对电气装置的影响，分析表2得到，闪络开始的时间晚时，GIS过电压变小，然而其他电气装置变大。原因是反射波传到绝缘子串的时候，其他电气设备的过电压值已经增加了很大，反射波难以抵销雷电侵入波对于电气设备的影响。

表2雷电侵入波对电气装置的影响

3 电气装置防护措施

变电站防止雷电侵入波的措施一般为恰当安装避雷器，使得设备足够可以耐受雷电侵入波。本文设计的变电站假如进线的断路器断开，使得输电线路的末端空载运行，由于线路的电容效应，使得其在工频条件下，末端电压很大，如果雷电波侵入，电压将会增加两倍。因此在进线端安装避雷器，以除雷电波的影响，为了得到雷电波的影响分布，采取一种有效的防护措施，而没有在变电站里安装避雷器。

假设线路处于最严重的单母线工作状态，存在电抗器和没有电抗器分别如图4(a)和4(b)所示，4(a)是图1的B2通过母线Ⅱ向＃2主变提供电能，4(b)是图1的B2通过母线Ⅱ向＃2主变提供电能。

分析图4可以知道，当雷电波侵入变电站时，主变上将会产生非常高的过电压，GIS里的过电压大于装置的耐受电压，因此要求安装保护装置。需要采取的措施是在线路的进线端安装线路型避雷器，而在主变侧和GIS的母线端安装，此时既可以有效的降低变电站内部的过电压，同时比较经济可靠，节省成本。

4 结语

本文通过设计500kV变电站防止雷电波入侵的方法，在线路处于最严重的单母线工作状态时，采取的措施为在线路的进线端安装线路型避雷器，而在主变侧和GIS的母线端安装，该方法达到了线路防雷的需要。

[1]张翠霞,杜澍春,葛栋.1000kV特高压变电站防雷保护和设备绝缘水平[J].中国电力,2006,39(10):21-23.

[2]张永记,司马文霞,张志劲.防雷分析中杆塔模型的研究现状[J].高电压技术,2006,32(7):93-97.

[3]谷定燮.500kV输变电工程设计中雷电过电压问题[J].高电压技术,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,湖北武汉人,硕士研究生,中级工程师.