110kV变电站防雷保护研究

李 艳

摘要:雷电一直是危害电力系统安全稳定运行的重要因素之一,如果变电站发生雷击事故,将造成大面积停电,给社会生产和人民生活带来不便,这就要求防雷措施必须十分可靠。文章对变电站防雷保护系统进行了研究,并提出了变电站防雷措施。

关键词:变电站;避雷针;变压器低压侧

中图分类号:TM863 文献标识码:A

文章编号:1674-1145(2009)33-0149-02

雷电放电落于电气设备上时,如没有特殊保护,雷云放电能产生数百万伏的过电压电波,这种过电压足以使任何额定电压的设备发生绝缘闪络或击穿。由于雷击会给人类带来灾害,人类很早就与雷害进行斗争。80年代末期,在电力网中采用了电话的保护装置——导雷器,实际就是保护间隙串联一个熔断器,或只装间隙。后来在20世纪30年代初,发展成去游离避雷器,即由纤维管制成的管型避雷器,可以说,现代避雷器、MOV、SPD的“老祖母”,是在电报、电话上首先应用的。由于电力系统迅速发展,它才在高电压电力系统上不断发展和完善。现在20多万元一组(5m多高)500kV的MOV,正在制造即将安装运行的30万元一组的750kV(高8m左右)MOV,以及保护电子回路的各型SPD都是它的后代。

发电厂、变电所在高压系统的防雷保护上还是比较完善的,防直击雷有避雷针;110kV及以上线路有架空地线保护;35kV线路有进线段保护;10kV线路有出线避雷器保护,发电厂、变电所还有各级母线避雷器保护;发电机出口处还有防雷电容器保护。但在400V低压系统上的防雷保护措施还不够完善,存在较多的问题和不足,导致雷电沿低压电源系统侵入二次弱电设备。如在江西某110kV变电站调查微机保护电源模块时发现该站在110kV、35kV和10kV电压等级的防雷上,措施都比较健全,而400V低压系统则没有任何的防雷措施。

由于大多数所用变压器的低压侧没装避雷器保护,且大多没有任何防雷措施,这个过电压必然波及发电厂、变电所的整个低压弱电系统。由于所用变压器低压侧的绝缘裕度比较大,一般不会造成绝缘击穿。然而,低压电源系统产生雷电过电压,或强电流浪涌,传输到微机系统的过电压有时甚至达上千伏。由于变电站在低压弱电设备处没有过电压保护措施,雷电过电压得不到有效限制,就会在低压弱电系统中的绝缘薄弱处造成击穿。微机保护和计算机监控系统等弱电设备是绝缘最薄弱点,往往造成击穿或烧坏。在电力系统中,大气过电压以电波的形式传播并侵入电力系统的所有设备,特别是电器和变压器的卷线。此时所产生的过渡过程,使电器和变压器内部绝缘上所作用的电压急剧升高。因此,防止大气过电压的保护,是电力系统安全运行不可缺少的要案。

一、110千伏防雷保护

110千伏线路有用铁塔的,也有用木杆的。导线为水平布置时的110千伏铁塔的标准装置。为了保获110千伏铁塔线路具有较高的耐雷水平,Ri的数值一定要在8～10欧的范围以内。

110千伏典型杆塔的保护角是20o。在这样的保护角下,可以忽略雷电穿过避雷线的雷击。避雷线应有足够的悬挂高度:即考虑在不同的弛度,在跨距的中央处避雷钱与导线间的距离。用管型避雷器保护交叉处,可将其安装在交叉档距的界限电杆上。在110千伏木杆线路上,只在变电所进线长1～2公里的一段上,悬挂避雷线。避雷线悬于电杆的主柱上,在一切情况下,保护角不得超过30o。当杆塔接地电阻Ri=10欧时,线路保护水平达200千安,即实际上具有完全的耐雷性。在个别情况下,为了向强雷地区中的特别重要用户供电时,也可以在110千伏木杆线路的全长上,用避雷线来保护。

防止变电所户外导电部分遭受雷击的保护可以利用避雷针来达成。为减少保护装置的费用,在变电所铁杆上以及在照明塔与屋顶上装设避雷针是适宜的,将避雷针装置在母线铁杆上,在110～220千伏的户外配电装置的范围内都是可能的。因为在等电压等级的配电装置的绝缘很高而且变电所接地回路的电阻也很小,所以由铁杆向导电流部分的反击可能并不危险。装有避雷针的全部铁杆支柱均应具有个别的接地装置,且其溢流电阻Ri不得大于10欧。变电站与终端之间的一档线路也应当在保护范围之内。这一档距的保护可以利用连接于变电所门型铁杆上的线路进线避雷线。此外亦可在终端杆塔上装置避雷针,如果它的接地与变电所的总接地回路箱连接的话。

当将避雷针装置在终端杆塔上时,其绝缘应达到110千伏杆塔的水准,而接地装置的个别电阻Ri应降低到5欧以内。独立避雷针与终端杆塔的接地装置不和变电所的接地回路相连。

按下列条件来选择空气间隙距离S(图1),就可以避免由具有单独接地装置的避雷针向变电所铁杆上发生反击:

S(米)≥0.3Ri+0.1h

式中Ri—避雷针的接地冲击电阻,欧;

h—变电所铁杆高度,米。

在任何情况下,s均不得小于5米。

当避雷针的接地装置与变电所接地装置之间的土壤击穿时,也可能发生反击。土壤的冲击强度300千伏/米,亦即较空气的冲击强度为小。在两接地装置之间的地中最小距离S(图1)取为

S(米)≥0.3Ri

在任何情况下,S均不得小于3米。

二、变电站防雷措施

防雷措施总体概括为两种:(1)避免雷电波的进入;(2)利用保护装置将雷电波引入接地网。防雷保护措施应根据现场常见的雷击形式、频率、强度以及被保护设施的重要性、特点安装适宜的保护装置。

(一)避雷针或避雷线

雷击只能通过拦截导引措施改变其入地路径。接闪器有避雷针、避雷线。小变电所大多采用独立避雷针,大变电所大多在变电所架构上采用避雷针或避雷线,或两者结合,对引流线和接地装置都有严格的要求。针对雷击、台风、暴雨偏多的天气特点,采取了及时更新和安装线路避雷器及避雷线;提高配网线路的耐雷水平;定期检测接地网,确保接地网的接地阻值合格;做好杆塔基础的加固,确保台风期间不倒杆等措施。

(二)变压器低压侧装设避雷器

避雷器能将侵入变电所的雷电波降低到电气装置绝缘强度允许值以内。变电站低压(400V)侧需装设避雷器以限制雷电波入侵时的过电压。为了保证电气设备的安全运行,在加装避雷器时,一定要限制避雷器的残压,同时把侵入波的陡度限制在一定值以内。我国主要是采用金属氧化物避雷器(MOA),西方国家除用MOA外,还在所有电气装置上安装空气间隙,作为MOA失效后的后备保护。

(三)电源入口端加装浪涌保护器

由于雷电波具有峰值高、能量大等特点,应在电源进线处装浪涌保护器保护整个装置。雷电波经浪涌保护器后,信号中仍含有部分高频分量和较高能量对电源系统构成危害,因此可以采用LC低通滤波器进行滤波和加装压敏电阻(MOV)对雷电能量进行吸收。MOV有较好的非线性,可以将电压钳位到安全范围内。

(四)接地装置

良好的接地装置才能起到导泄雷电流,防止出现危险电位升高的作用。防雷接地应用于各种电压等级的输、配电网及变电所,是保证电气设备和人身安全的重要措施。

各种防雷接地的接地电阻应满足如下要求:

1.独立避雷针:独立避雷针是指与主接地网不连接而单独做接地网的避雷针,Rid≤10欧姆。

2.避雷器:各电压等级避雷器的接地都与主接地网相连,其接地电阻值不另做规定 。

三、结语

变电站一次高压系统的防雷措施比较完善,而弱电设备防雷保护没有得到足够重视,以至于常常出现变电站微机保护、监控等系统的集成模块被打坏。针对目前接地系统存在的较多问题,如接地均压、设备接地与接地网的连通、接地线混乱、接地电阻超标等,本文提出了降低接地电阻、改善电位分布、等电位连接以及金属屏蔽接地等抑制地电位干扰的有效措施。

参考文献

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作者简介:李艳,女,广西平南人,广西电网平南供电公司110kV桥头变电站值班员,研究方向:变电运行管理。