淺談1000kV特高壓變電站防雷保護及其設備絕緣水平

徐燚

摘要：1000kV特高壓變電站其在正常工作時如果碰到雷電氣候就非常容易發生故障問題。1000kV特高壓變電站能夠得到安全穩定運行會直接影響到整個電力系統的正常運轉，意義重大。就此，本文對其防雷保護及其設備絕緣水平進行了詳細闡述，并針對1000kV變電站中相關設備的絕緣水平及其防雷保護措施進行了分析探討。

關鍵詞：1000kV特高壓；變電站；設備；絕緣水平；防雷保護

1 1000kV變電站設備絕緣水平

（1）避雷器。就目前的情況而言，通常都是將額定電壓為828kV的避雷器裝設于1000kV特高壓變電站內部或者是線側。

（2）過電壓水平。一般都是直接測驗獲得1000kV特高壓變電站其工頻過電壓以及操作過電壓。查閱有關文獻，操作過電壓和工頻過電壓具體情況如下：①操作過電壓。在變電站附近相間以及對地分別為2.5p.u和1.5p.u；在整個線路的中部位置相間以及對地分別是2.7p.u和1.6p.u。②工頻過電壓。線路斷路器其變電站側以及線路側分別是1.4p.u和1.5p.u。

（3）絕緣配合原則。在確定電氣設備絕緣配合的時候，需要綜合考慮避雷器的雷電沖擊保護水平以及操作沖擊保護水平，在此基礎上明確電氣設備內絕緣耐受電壓，出于安全考慮，還應該乘以一配合系數。在選擇1000kV特高壓輸電電氣設備絕緣水平的時候，必須遵循相關特高壓系統標準規定，同時還需要留有充足的裕度。查閱IEC以及國內有關標準可以知道，考慮到高壓變壓器、并聯電抗器、電流（電壓）互感器、開關裝置等的老化問題以及安全距離，其內絕緣操作沖擊、內絕緣雷電沖擊、外絕緣操作沖擊與雷電沖擊的絕緣配合系數一般分別取1.15、1.4以及1.05；在不同的位置以及海拔上面變電站所處的環境一般也存在差別，周圍環境因素會直接影響電氣設備外絕緣放電電壓校正。基于此，針對海拔不超過1km的地區，一般情況下都讓外絕緣耐受電壓值直接等于內絕緣耐受電壓值。

（4）設備絕緣水平。我國1000kV特高壓變電站中相關電氣設備的內外絕緣水平如下表所示。由表可知，1000kV特高壓變電站中發生的統計過電壓以及最大過電壓分別是1.56p.u和1.75p.u。通過上述數據可以分析獲得變壓器的內外絕緣操作沖擊耐受電壓裕度是16.9%，而其他相關設備為4.8%。所以，在1000kV特高壓變電站中裝設氧化鋅避雷器能夠在很大程度上提升變電站抵抗雷電沖擊的能力，其可以耐受電壓通常都超過2000a，此水平基本上可以確保變電站得以穩定運行。

2 1000kV變電站防雷保護措施

（1）計算雙避雷線（針）保護范圍方法，見圖1。結合特高壓線路特征，在針對避雷針（線）進行裝設時，首先必須要考慮避雷針（線）和導線的高度以及線與線之間的距離，另一方面，還需要考慮導線電壓以及避雷針（線）保護角等多方面因素。假定在特高壓導線附近有一個等效絕緣截面，此截面半徑等于導線與地面之間的最小安全距離r（本文中取為8m），如圖1所示。圖中的α表示避雷線（針）對中相導線等效絕緣截面保護角，而β表示避雷線（針）對中相導線等效絕緣截面保護角，只有在r不小于8m的時候，導線與地面之間的安全絕緣距離才可以滿足電氣絕緣要求，相反，當r小于8m的時候，則無法滿足有關要求，可以根據下面的計算公式來獲得雙避雷線（針）能保護中相導線的范圍：

tan=（d/2h）（h-hd-r）。

（2）雷電侵入波保護措施。在特高壓變電站中一般都利用性能很好的避雷器來保護電氣設備以確保設備的安全。不同的變電站類型及其接線形式，其需要安裝的避雷器數目以及具體裝設部位也存在差異。同時，避雷器數目及其具體裝設位置會直接影響變電站的雷電沖擊絕緣水平。基于此，電力企業有必要高度重視避雷器的選用及其裝設。本文結合某1000kV特高壓變電站作為具體實例進行簡單介紹，本實例變電站可以劃分為三個部分，分別為HGIS變電站、HGIS開關站以及GIS變電站。

①計算方法。本文通過EMTP/ATP程序來計算得到三個站的雷電侵入波，再結合變電站的耐雷參數（取為1500～2000a）制定具體的保護措施。

②計算結果。HGIS開關站：本期主接線為雙斷路器雙母線接線，該變電站只存在兩回出線在進行工作，GIS變電站中存在一條出線與雙斷路器間隔進行連接，利用跨線實現HGIS變電站的兩條出線與兩母線之間的連接。在原有的方案下，避雷器的裝設位置分別為兩母線上面、高抗回路中以及斷路器間隔中部。結合計算得到的結果將GIS變電站進線保護角降低至5～6°之后，HGIS開關站其防雷保護效果便得到了非常大的提升；GIS變電站：本期主接線為雙斷路器雙母線接線，存在一組主變壓器以及一回出線進行工作，將雙斷路器間隔與出線相連，利用跨條實現主變壓器和雙母線之間的相連。分別在雙母線及出線、主變壓器及高抗回路上面裝設避雷器。結合計算結果便能夠起到有效防雷保護的效果；HGIS變電站。本期主接線為雙斷路器雙母線接線，存在一組主變壓器以及一回出線進行工作，將雙斷路器間隔與出線相連，利用跨條實現主變壓器和雙母線之間的相連。將避雷器分別裝設于出線CVT、雙母線、主變壓器及高抗回路中，結合所獲得的計算結果，將變電站進線段所處部位保護角降低至3°便能夠確保其防雷保護滿足設計規定。

（3）變電站直擊雷保護措施。①變電站中避雷針（線）裝設要求。對于1000kV特高壓變電站而言，其直擊雷防護措施通常都是參考500kV變電站。如對于敝開式的特高壓變電站的直擊雷保護措施就是就是在變電站構架上面安裝避雷針（線）；如果變電站中存在半封閉或者全封閉組合電器的時候，一般都是在GIS部分引入以及引出套管所處部位來裝設避雷針（線）。所以，在裝設避雷針（線）時應該確保避雷針（線）保護范圍內的所有電氣設備都能夠得到有效地保護，從根本上確保變電站設備避免遭遇直擊雷的侵害；②反擊雷電過電壓保護具體要求。前文已述，在利用避雷針（線）保護高壓配電設備時可以將其裝設于電站構架上面，其在裝設時必須要與其保護裝置之間維持一定的安全距離，除此之外，避雷針（線）接地設施電阻應該盡量小些，接地設施電阻越小，其對被保護設備的保護效果就越好，電氣設備就越不容易遭遇直擊雷侵害。對于特高壓變電站而言，實際中存在耐污閃問題，所以絕緣子串長度一般都設置成10m甚至超過10m，如果導線與構架之間的空氣絕緣間隙長度超過10m，那就會顯著增加設計以及建設難度。在本文提到的實例中，HGIS變電站的空氣間隙長度所得到的計算結果在7.2m左右。

參考文獻：

[1]尤丹丹.1000kV特高壓交流輸電線路防雷保護研究[D].貴州大學，2009.

[2]尚振華.1000kV特高壓變電站防雷保護和設備絕緣水平分析[J].廣東科技，2013（18）：106～107.