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特高压变电站的防雷保护

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  【摘 要】雷电放电所产生的雷电流高达数十、甚至数百千安,从而引起巨大的电磁效应、机械效应和热效应。从电力工程的角度来看,雷电放电在电力系统中引起很高的雷电过电压,它是造成电力系统绝缘故障和停电事故的主要原因之一。此外,雷电放电所产生的巨大电流,也会造成设备的损坏。为了预防和限制雷电的危害,在电力系统中采用了一系列防雷措施和防雷保护设备。本文围绕特高压变电站的防雷保护予以阐述。
  【关键词】特高压;变电站;防雷
  1 引言
  变电站发生雷害事故往往会导致变压器等重要电力设施损坏,并造成大面积停电,因此变电站的防雷保护必须十分可靠。变电站遭受雷害一般来自两方面:一是雷直击于变电站;二是雷击输电线后产生向变电站入侵的雷电波。对直击雷的保护,可采用避雷针或避雷线。根据运行经验,凡装设符合标准要求的避雷针(线)的变电站绕击和反击事故率是非常低的。因为线路落雷比较频繁,所以沿线路入侵的雷电波是造成变电站雷害事故的主要原因。虽然沿线路入侵的雷电波电压受到线路绝缘水平的限制,其峰值不可能超过线路绝缘的闪络电压,但线路绝缘水平比变电站电气设备的绝缘水平高,所以必须采取防护措施,削弱来自线路的雷电入侵波幅值和陡度,限制变电站内的过电压,才能避免电气设备发生雷害事故。
  2 雷击影响概述
  不论特高压变电站电气设备的绝缘性能有多好,一般只能保证设备在正常运行时没有问题,但是雷击造成的高压往往会使电气设备绝缘降低甚至被击穿,从而导致设备故障,给电网的稳定运行造成严重的影响。要进行有效的防雷,必须从雷击的影响开始分析。
  2.1雷击的分类
  2.1.1直击雷。直击雷指雷云与地面某个集中点之间发生直接剧烈放电的现象,其电压峰值最高可以达到几百万伏特,电流峰值最高可以达到几百千安,通常放电持续时间极短,因此其巨大的能量几乎瞬间释放,产生强烈的电效应、热效应或者机械应力等,对建筑物、建筑物内电子设备和人造成巨大危害,这是直击雷破坏性强的主要原因。
  2.1.2感应雷。感应雷分为静电感应雷和电磁感应雷。静电感应雷是指当雷云聚集后,地面上的物体由于静电感应作用集聚大量与雷云电荷极性相反的束缚电荷。当雷云放电后其电荷杂散成自由电荷,地面上物体原本集聚的大量束缚电荷会产生出很高的感应电压,这种过电压往往会造成设备等放电而引起电火花,从而对电力设备造成的危害。
  电磁感应雷是指发生雷电放电时,由于雷电流剧烈变化,使得雷电流通道附近就形成很强的感应电磁场,对建筑物内的各类电子设备造成电磁干扰甚至造成破坏,又或者使周围的金属构件产生感应电流,进而引起构件发热甚至引发火灾。
  2.2特高压变电站雷害成因分析
  2.2.1冲击电压。依据以上分析可以得知雷电流具有高峰值的冲击电压,会击穿电力设备的绝缘引起设备短路,从而造成设备损毁甚至发生火灾。
  2.2.2热效应。由于雷电能量在极短时间释放,其巨大的能量第一表现便是高热效应,能够造成金属部分的熔化或气化,从而造成设备损毁甚至发生火灾。
  2.2.3机械应力。雷电能量的另一表现是雷电流的机械应力,巨大的应力可能会使设备遭受撕裂、扭曲等,进而造成财产损失等。
  2.2.4雷电波侵入。如果对雷电波没有进行有效的限制,雷电波入侵后会造成设备短路,进而引发火灾或者爆炸。
  2.2.5雷电反击。雷电的反击作用会降低设备的绝缘性能,造成绝缘击穿时还会引起火灾和爆炸等。
  3 特高压变电站防雷保护的措施
  首先,针对当下特高压变电站的技术升级工作需求进行细致的分析和深入的研究考量,实现对相关工作内容的支持。在具体工作执行的过程当中应用先进的防雷保护技术实现对相关工作体系的整合,满足社会生产环境下的信息传播效率要求。针对升级工作進行相关的考量,确保实际工作进展的良好稳定性和科技化要求,凸显当下社会时代背景的发展前景,并满足人们的生活需要。在变电站设备的制作材料选取方面而言,更应该选择绝缘程度高且传输性能更好的高密度纳米和纤维材料,以此来保障特高压变电站设备的总体绝缘性,提升变电站自身的防雷保护能力。
  其次,在特高压变电站的实际工作中应用科学的防雷保护对策,采取创新的避雷材质和有效的绝缘材料,实现变电站工作体系的优化与完善,满足未来电力系统技术发展的重要需求。特高压变电站防雷保护技术在实际的应用过程中需要考量到站内设备的基础结构,以及设备构建和后续完善的具体方法,针对运行工作状态的特高压变电站防雷保护技术进行不同波段和特征的约束管理,对各个设备的绝缘水平都要进行明确分解,使内容得到进一步明确,促进相关防雷技术的应用与实际管理工作的执行,确保体系的完整性和工作效率的提升。
  最后,特高压变电站的防雷保护技术在实际的功能执行过程中需要遵循一定的绝缘原理,保证变电站作业状态的准确性和稳定性,实现对主要绝缘媒介的运作以及支持。同时在特高压变电站的内部布局设计中,要注重密度空间的变化大小和运作状态时的发热程度进行准确计算,实现变电站内部结构的优质性,保证变电站运作的自由操作空间和设备波段控制需要,关注到对设备线路和波段的监督与转换,满足实际的操作需要,确保防雷技术原理的准确性。
  4 特高压变电站电气设备的雷电侵入波过电压保护
  与高压、超高压变电站一样,特高压变电站电气设备也需考虑由特高压架空输电线路传入的雷电侵入波过电压的保护。而对雷电侵入波过电压保护的根本措施在于在变电站内适当位置安装金属氧化物避雷器(MOA)。由于限制线路上操作过电压的要求,在变电站线路断路器的线路侧必然安装有MOA,变压器回路也要求安装MOA。至于变电站母线上是否要安装金属氧化物避雷器以及各避雷器距被保护设备的距离则需要通过数字仿真计算予以确定。
  DL/T620一1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》提出在进行变电站雷电侵入波过电压数字仿真计算时,一般按变电站进线2km处因雷击杆塔反击在导线上出现直角电压波后向变电站传播,波头变缓,且不引起变电站内电气设备绝缘损坏来要求。而变电站耐雷指标――雷害事故重现期(年),则可由该2km进线段导线上每年出现雷直击和反击次数之和的倒数来求得。
  前苏联有关标准提出,220、500kv和1150kv的变电站耐雷指标应分别为400―600、800―1000年和1200―1500年。我国220kV变电站耐雷指标的多年运行统计值不低于600年,是很安全的。日本对于1000kv特高压变电站电气设备的雷电侵入波过电压保护,曾利用EMTP(电磁暂态程序)进行过研究。被研究的变电站为GIS结构,站内有六回特高压输电线路、四组变压器。变电站电气主接线为双母线分段接线。每条线路入口高压并联电抗器近处各布置一台避雷器。每段母线各安装两台避雷器,各变压器近处再装一台避雷器。
  G1S和高压并联电抗器上的最大雷电过电压相同,其分子和分母数据分别对应计算中考虑和不考虑雷电先导放电的条件。后一情况比前一情况的电压高出10%。两种情况下,变压器上的最大雷电过电压相同。
  5 结论
  综上所述,在我国电力事业快速发展的背景下,特高压变电站作为重要的电力系统和大型电力设备,其为保障我国社会生产和尖端科研技术的飞跃奠定了稳定的技术基础和硬件保障。因此务必提升特高压变电站和电力系统的安全稳定运行,为我国电力事业的可持续发展做出贡献。
  参考文献:
  [1]王磊,万磊,王浩,等人.取消特高压GIS变电站隔离开关阻尼电阻的研究[J].高电压技术,2015,05:1746-1752.
  [2]张翠霞,陈秀娟,等人.±1000kV级直流输电工程系统过电压抑制和绝缘配合[J].高电压技术,2013,03:520-525.
  (作者单位:国网山西省电力公司检修分公司)
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