特高压变电站的防雷保护

于聚丰

前言

特高压能大大提升我国电网的输送能力。本文对特高压变电站的防雷保护技术进行了阐述。

一、特高压变电站高压配电装置的直击雷保护

根据我国110-500kv大量变电站多年来的运行经验，如特高压变电站采用敞开式高压配电装置（AIS）、敞开式电气设备时，可直接在特高压变电站构架上安装避雷针或进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）或全封闭组合电器（GIS），则其G1S部分的引入、引出套管尚需有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。

二、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。对于侵入特高压变电站的雷电侵入波，日本只考虑近区雷击。计算时取雷击变电站进线的第一基杆塔，且雷电流幅值为200kA（500kv变电站该电流取150kA），雷电流波形为1/70μs。几种运行接线条件下站内GIS、高压并联电抗器和变压器上的最大雷电过电压如表1所示。

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。

日本还对上述1100kv特高压变电站采用不同的避雷器布置方案时对于电气设备的雷电冲击耐压和成本的影响进行了研究，其结果见表1。由该表可见，在近区雷击的严格雷电侵入波条件下，方案6是员经济可取的，即在线路进线处布置2个避雷器、每1/4母线布置2个避雷器，每个变压器回路布置1个避雷器。此时LJW对变压器和GIS分别取为1950kv和2250Lv。和500kv系统相比较，这些雷电冲击耐受电压相对（与工作电压之比）较低，从而也降低了制造的难度。

以下给出特高压1000LY AIS变电站侵入波过电压研究的一个例子。变电站采用双断路一双母线的电气主接线，变电站MOA的电气特性见表1。1000kv特高压输电线路进线杆塔为3v水平型。

变压器的雷电冲击耐受电压为2250kv。高压并联电抗器、断路器和电压、电流互感器的雷电冲击耐受电压为2400kv。考虑老化系数1.15后相应的雷电保证冲击强度分别为1957kV和2087kV。

当远方[2km）雷击杆塔反击，在导线上出现侵入变电站的雷电波作用下，变电站内各电气设备上的雷电过电压如表2所示。可见，在图1所示的MOA安装方式下，且变压器侧避雷器至变压器的电气距离不超过20m时，可满足变电站内各电气设备上的雷电过电压均在其雷电保证冲击强度之下的要求。由于雷击杆塔反击雷电流极大（360kA），2km进线段导线上出现侵入变电站的雷电波的次数甚低。对应反击侵入波这部分变电站的耐雷指标极高。

然而，由于特高压输电线路导线上容易出现绕击，在雷电直击导线产生的雷电侵入波作用下，变电站电气设备上的雷电过电压特别值得关注。研究表明，此时在变电站门型构至线路进线至第1导杆塔的距离为100m，而第1号至第2号杆塔的距离为420m，其余杆塔之间距离也均为420m的条件下，第1档距（第1号至第2导杆塔）和第2档距（第2号至第3号杆塔）上有电流幅值36kA的雷电直击导线即可引起变电站电气设备绝缘损坏。其余各档距上雷电直击导线侵入波引起变电站电气设备绝缘损坏的雷电流要在160kA以上。根据前述输电线路雷电统击的研究，具有3v水平塔型杆塔的线路其统计助绕击电流为34—111kA。由于雷电流超过111kA的雷击已不可能因避雷线屏蔽作用失效而在导线上出现，按偏严考虑，每年因进线线路绕击引起站内设备损坏的次数和变电站的耐雷指标。通过此例可以看出，由于特高压输电线赂杆塔上绝缘子和空气间隙的雷电冲击放电电压甚高，以及导线上因易于绕击出现直击雷电过电压侵入波的特点，在研究和设计特高压变电站的防雷保护方案时必须考虑线路绕击的直击雷电过电壓侵入波的入波条件及其计算结果。由此例看出线路保护角是影响变电站耐雷指标的重要敏感性因素，保持进线线路具有较小的保护角是非常有益的。

（作者单位：国网黑龙江省电力有限公司调控中心）