1000kV特高压变电站防雷保护及其设备绝缘水平

付彬

1000kV特高压变电站防雷保护及其设备绝缘水平

付彬

（陕西送变电工程公司 陕西省西安市 710014）

1000kV特高压变电站其在正常工作时如果碰到雷电气候就非常容易发生故障问题。基于此，为确保1000kV特高压变电站能够获取安全稳定运行，本文对其防雷保护及其设备绝缘水平进行了详细阐述。针对1000kV变电站中相关设备的绝缘水平及其防雷保护措施进行了分析。结果认为在具体操作时，需要综合考虑变电站具体接线情况来确定避雷针（线）数量及其装设部位，只有这样才可以有效做好变电站防雷保护工作。

1000kV特高压；变电站；设备；绝缘水平；防雷保护

前言

在整个电力系统中，1000kV特高压输电系统其能否得到稳定运行显得尤其重要。由于电力等级太高，这就从技术层面决定了其防雷保护及其设备绝缘水平存在较大困难。绝缘配合的科学合理性会直接关系到整个项目工程中设备投资以及设备之间的总体布局。此外，对于特高压输电系统而言，变电站又是其最为关键的构成部分，当遇到雷雨天气时如果发生了故障问题，便会引起大面积的停电事故，造成严重的后果。所以，有必要高度重视1000kV特高压变电站防雷保护以及设备绝缘水平，只有这样才可以降低其发生故障的概率。

1 1000kV变电站设备绝缘水平

（1）避雷器。就目前的情况而言，通常都是将额定电压为828kV的避雷器装设于1000kV特高压变电站内部或者是线侧。

（2）过电压水平。一般都是直接测验获得1000kV特高压变电站其工频过电压以及操作过电压。查阅有关文献，操作过电压和工频过电压具体情况如下：①操作过电压。在变电站附近相间以及对地分别为2.5p.u和1.5p.u；在整个线路的中部位置相间以及对地分别是2.7p.u和1.6p.u。②工频过电压。线路断路器其变电站侧以及线路侧分别是1.4p.u和1.5p.u。

（3）绝缘配合原则。在确定电气设备绝缘配合的时候，需要综合考虑避雷器的雷电冲击保护水平以及操作冲击保护水平，在此基础上明确电气设备内绝缘耐受电压，出于安全考虑，还应该乘以一配合系数。在选择1000kV特高压输电电气设备绝缘水平的时候，必须遵循相关特高压系统标准规定，同时还需要留有充足的裕度。查阅IEC以及国内有关标准可以知道，考虑到高压变压器、并联电抗器、电流（电压）互感器、开关装置等的老化问题以及安全距离，其内绝缘操作冲击、内绝缘雷电冲击、外绝缘操作冲击与雷电冲击的绝缘配合系数一般分别取1.15、1.4以及1.05；在不同的位置以及海拔上面变电站所处的环境一般也存在差别，周围环境因素会直接影响电气设备外绝缘放电电压校正。基于此，针对海拔不超过1km的地区，一般情况下都让外绝缘耐受电压值直接等于内绝缘耐受电压值。

（4）设备绝缘水平。综合上述分析，我国1000kV特高压变电站中相关电气设备的内外绝缘水平如下表所示。由表可知，1000kV特高压变电站中发生的统计过电压以及最大过电压分别是1.56p.u和1.75p.u。通过上述数据可以分析获得变压器的内外绝缘操作冲击耐受电压裕度是16.9%，而其他相关设备为4.8%。所以，在1000kV特高压变电站中装设氧化锌避雷器能够在很大程度上提升变电站抵抗雷电冲击的能力，其可以耐受电压通常都超过2000a，此水平基本上可以确保变电站得以稳定运行。

表1 1000kV特高压变电站中相关电气设备的内外绝缘水平

2 1000kV变电站防雷保护措施

（1）计算双避雷线（针）保护范围方法，见图1。结合特高压线路特征，在针对避雷针（线）进行装设时，首先必须要考虑避雷针（线）和导线的高度以及线与线之间的距离，另一方面，还需要考虑导线电压以及避雷针（线）保护角等多方面因素。假定在特高压导线附近有一个等效绝缘截面，此截面半径等于导线与地面之间的最小安全距离r（本文中取为8m），如图1所示。图中的α表示避雷线（针）对中相导线等效绝缘截面保护角，而β表示避雷线（针）对中相导线等效绝缘截面保护角，只有在r不小于8m的时候，导线与地面之间的安全绝缘距离才可以满足电气绝缘要求，相反，当r小于8m的时候，则无法满足有关要求，可以根据下面的计算公式来获得双避雷线（针）能保护中相导线的范围：

图1 避雷线（针）对于导线等效绝缘截面保护角

（2）雷电侵入波保护措施。在特高压变电站中一般都利用性能很好的避雷器来保护电气设备以确保设备的安全。不同的变电站类型及其接线形式，其需要安装的避雷器数目以及具体装设部位也存在差异。同时，避雷器数目及其具体装设位置会直接影响变电站的雷电冲击绝缘水平。基于此，电力企业有必要高度重视避雷器的选用及其装设。本文结合某1000kV特高压变电站作为具体实例进行简单介绍，本实例变电站可以划分为三个部分，分别为HGIS变电站、HGIS开关站以及GIS变电站。

①计算方法。本文通过EMTP/ATP程序来计算得到三个站的雷电侵入波，再结合变电站的耐雷参数（取为1500～2000a）制定具体的保护措施。

②计算结果。HGIS开关站：本期主接线为双断路器双母线接线，该变电站只存在两回出线在进行工作，GIS变电站中存在一条出线与双断路器间隔进行连接，利用跨线实现HGIS变电站的两条出线与两母线之间的连接。在原有的方案下，避雷器的装设位置分别为两母线上面、高抗回路中以及断路器间隔中部。结合计算得到的结果将GIS变电站进线保护角降低至5～6°之后，HGIS开关站其防雷保护效果便得到了非常大的提升；GIS变电站：本期主接线为双断路器双母线接线，存在一组主变压器以及一回出线进行工作，将双断路器间隔与出线相连，利用跨条实现主变压器和双母线之间的相连。分别在双母线及出线、主变压器及高抗回路上面装设避雷器。结合计算结果便能够起到有效防雷保护的效果；HGIS变电站。本期主接线为双断路器双母线接线，存在一组主变压器以及一回出线进行工作，将双断路器间隔与出线相连，利用跨条实现主变压器和双母线之间的相连。将避雷器分别装设于出线CVT、双母线、主变压器及高抗回路中，结合所获得的计算结果，将变电站进线段所处部位保护角降低至3°便能够确保其防雷保护满足设计规定。

（3）变电站直击雷保护措施。①变电站中避雷针（线）装设要求。对于1000kV特高压变电站而言，其直击雷防护措施通常都是参考500kV变电站。如对于敝开式的特高压变电站的直击雷保护措施就是就是在变电站构架上面安装避雷针（线）；如果变电站中存在半封闭或者全封闭组合电器的时候，一般都是在GIS部分引入以及引出套管所处部位来装设避雷针（线）。所以，在装设避雷针（线）时应该确保避雷针（线）保护范围内的所有电气设备都能够得到有效地保护，从根本上确保变电站设备避免遭遇直击雷的侵害；②反击雷电过电压保护具体要求。前文已述，在利用避雷针（线）保护高压配电设备时可以将其装设于电站构架上面，其在装设时必须要与其保护装置之间维持一定的安全距离，除此之外，避雷针（线）接地设施电阻应该尽量小些，接地设施电阻越小，其对被保护设备的保护效果就越好，电气设备就越不容易遭遇直击雷侵害。对于特高压变电站而言，实际中存在耐污闪问题，所以绝缘子串长度一般都设置成10m甚至超过10m，如果导线与构架之间的空气绝缘间隙长度超过10m，那就会显著增加设计以及建设难度。在本文提到的实例中，HGIS变电站的空气间隙长度所得到的计算结果在7.2m左右。

3 结束语

1000kV特高压变电站能够得到安全稳定运行会直接影响到整个电力系统的正常运转，意义重大。本文对其防雷保护及其设备绝缘水平进行了详细阐述。针对1000kV变电站中相关设备的绝缘水平及其防雷保护措施进行了分析探讨。在具体操作时，应该根据变电站类型及其接线形式来选择其需要安装的避雷器数目以及具体装设部位，只有这样才可以使得变电站防雷保护效果达到最佳。

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1004-7344（2016）31-0046-02

2016-10-8