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摘要：1000kV特高压变电站在运行过程中遇到雷电天气时通常会出现故障，因此，为了使其安全运行得到保证，就1000kV特高压变电站的防雷保护和设备绝缘水平展开相关论述。重点分析了1000kV变电站设备绝缘水平和1000kV防雷保护方法，认为在实际工程中，应根据变电站接线的具体情况，对避雷针（线）的数量、安装位置及接线情况作进一步确定，从而使变电站的防雷保护措施得到有效保证。
关键词：1000kV；特高压；变电站；防雷保护；绝缘水平
前言
1000kV特高压输电系统的安全运行对相关设备的安全而言有着重要意义，其防雷保护及设备绝缘水平在技术方面都有一定难度，绝缘配合是否合理会在很大程度上对整个工程设备的造价及设备系统的布局产生直接影响，另一方面，变电站是特高压输电系统中核心部分，其在输电及变电中都起着重要作用，当其在雷雨天气中出现故障时，通常会导致严重的大面积停电现象，因此，必须对其防雷保护和设备绝缘水平引起重视。
1 1000kV变电站中选取设备绝缘水平的要求
1.1避雷器
在1000kV特高压变电站中，通常把额定电压为828kV的避雷器安装在线路侧及站内。
1.2过电压水平
1000kV特高压变电站的操作过电压及工频过电压通常由
测验得出，根据相关研究，二者电压的具体情况通常为：
（1）操作过电压。①线路中部：对地为1.6p.u，相间为2.7p.u；②靠近变电站：对地为1.5p.u，相间为2.5p.u。
（2）工频过电压。①线路断路器的线路侧为1.5p.u，持续时间在0.5s以内；②线路断路器的变电站侧为1.4p.u.。
1.3绝缘配合原则
对电气设备的绝缘进行配合时，电气设备内绝缘的耐受电压应以避雷器的操作冲击及雷电冲击保护水平为基础，并同时乘以一配合系数（安全裕度），然后使用惯用法作进一步确定。
（1）1000kV特高压输电系统中，对电气设备的绝缘水平进行选择时，应根据国内外超高压或特高压系统中的相关标准，并应保留足够的裕度。根据IEC及国内相关标准可知，高压并联电抗器、电压互感器、变压器、电流互感器以及开关设备等内绝缘的操作冲击绝缘配合系数通常为1.15。
（2）以1.15作为变压器内绝缘的雷电冲击绝缘配合系数主要是因为设备运行老化时引入了裕度系数1.15；而高压并联电抗器、电压互感器、电流互感器以及开关设备考虑到距离，于是以1.4作为内绝缘的雷电冲击绝缘配合系数。根据IE中的相关标准，通常以1.05作为电气设备外绝缘的雷电冲击与操作冲击的绝缘配合系数［1］。
（3）气象环境在海拔及距离的影响下通常会出现一定变化，此时会对电气设备外绝缘放电电压的校正产生一定影响，因此，对于海拔在1000m及1000m以下的地区，通常使他们的特高压电气设备外绝缘的耐受电压值和该设备内绝缘相应的耐受电压值相等。
1.4设备绝缘水平
根据上述可知，我国的1000kV特高压工程变电站设备内、外绝缘水平通常为（见表1）。
分析表1中相关电气设备耐受电压的可行性可知，1000kV特高压变电站中所出现的统计过电压为1.56p.u，而最大过电压大约为1.75p.u，由此可得出变压器及其他设备内、外绝缘操作冲击耐受电压的裕度分别是16.9%和4.8%。因此，把氧化锌避雷器安装在1000kV特高压变电站，可使变电站的雷电冲击耐受电压在2000a以上，这能一定程度上保证变电站的安全运行。
2 1000kV变电站的防雷保护方法分析
2.1确定双（等高）避雷线（针）对中相导线保护范围的计算方法（如1图示）
根据特高压线路的特点，在安装避雷针（线）时，除了要考虑到导线、避雷针（线）的架设高度及其线间距离外，还应考虑到避雷针（线）的保护角及导线电压等的影响。假设特高压导线周围存在一个由导线最小对地空气间隙距离为半径r（取r=8m）所构成的等效绝缘截面（如图1），图中α、β分别是避雷线对特高压中相、边相导线等效绝缘截面的保护角，当r≥8m时，特高压导线对地空气间隙距离能够达到电气绝缘的要求，而当r＜8m时，则不能达到电气绝缘的要求，可按下式计算并确定双（等高）避雷线（针）对中相导线的保护范围：
tanα=（d/2h）（/h-hd-r）
式中：hd表示中相导线的架设高度，m。
2.2变电站雷电侵入波的保护方法
在变电站中，通常使用性能较高的避雷器对设备中的雷电过电压进行有效限制。当变电站的型式及接线方式不同时，避雷器的数量及安装位置也会有所不同，此外，变电站设备的雷电冲击绝缘水平也会有所变化［2］。避雷器的数量、雷电冲击保护水平及安装位置都会对变电站的雷电冲击绝缘水平产生一定影响。因此，必须对避雷器的选择与安装引起重视。下面以某1000kV特高压变电站为例，对变电站设备的雷电冲击绝缘水平及避雷器的安装作简要分析。此变电站主要分为HGIS变电站、GIS变电站、HGIS开关站三个部分。
计算方法。使用EMTP/ATP程序对三个站中的雷电侵入波计算，然后根据此变电站耐雷参数1500～2000a来确定保护方案。
（2）计算结果。根据此整个变电站设计中的相关参数，使用模拟方法对防雷保护进行计算。计算内容保护：工程本期单线-单变运行方式下、出线间隔断路器开断的起动方式、下断路器检修运行方式下以及变电站线路受到雷击时的防雷保护情况。然后以1500～2000a作为整个变电站安全运行年的避雷器保护方案。①HGIS开关站。使用双断路器双母线接线作为本期主接线，此站本期只有两回出线运行，GIS变电站中1出线和双断路器间隔相连，HGIS变电站2出线使用跨条和两母线相连。避雷器的原配置方案为在两母线上、高抗回路及断路器间隔中部各安装一组避雷器。根据计算结果，把GIS变电站1线进线段出的保护角降为5~6°后，HGIS开关站中即可取得良好的防雷保护效果。②GIS变电站。使用双断路器双母线接线作为本期主接线，本期中有一组主变压器与一回出线运行，把出线和双断路器间隔进行连接，主变压器通过跨条与双母线连接。分别把避雷器安装在高抗回路、主变压器回路、出线及双母线上，并在同一间隔中放置出线避雷器、出线CVT、高抗与高抗避雷器。根据计算结果，参照原避雷器的配置情况，即可达到防雷保护目的。③HGIS变电站。本期使用双断路器双母线接线作为主接线，本期有一组主变压器及一回出线在运行，把出线和双断路器间隔进行连接，主变压器通过跨条与双母线连接，分别在出线CVT、双母线、高抗回路及主变压器回路所在位置各安装一组避雷器，根据计算结果，把变电站进线段所在位置的保护角降为3°时，即可达到防雷保护的相关要求。
2.3变电站直击雷的保护方法
避雷针（线）在变电站中的安装要求。在1000kV特高压变电站中，通常使用500kV变电站直击雷的防护方法［3］。如在敝开式的特高压变电站的高压配电装置中，通常把避雷针（线）安装在变电站的构架上，以用于直击雷的保护；如使用半封闭或全封闭组合电器时，通常需要把避雷针（线）安装在他们的GIS部分的引入、引出套管所在位置，以作为直击雷保护装置，而对于GIS本身，只需把其外壳和变电站接地网连接。因此，对避雷针（线）进行设计安装时，应使避雷针（线）对其所保护的设备有一定的保护能力，这样才能保证变电站设备免受直击雷的冲击。
（2）变电站避雷针（线）对反击雷电过电压保护的相关要求。在1000kV特高压变电站中，把避雷针（线）安装在构架上作为高压配电装置的直击雷保护装置时，除了要使避雷针（线）和其所保护的设备间保持一定距离，还应使避雷针（线）中接地装置的电阻尽可能小，这样当避雷针（线）受到雷击时，才能在一定程度上避免被保护设备不会受到反击。特高压变电站中，考虑到耐污闪情况，通常把绝缘子串长度设为10m或10m以上，倘若导线和构架间空气间隙的长度也需达到10m或10m以上，则会使设计及建设增加一定难度。在HGIS变电站的设计中，计算构架避雷线的反击雷电过电压时，主要按4.3Ω和7.5Ω对构架支柱的冲击接地电阻进行计算，而根据1000m的海拔高度，空气间隙长度计算结果约为7.2m。
3结语
1000kV特高压变电站的安全运行对其设备的正常运行有着非常重要意义，本研究主要从1000kV变电站中选取设备绝缘水平的要求及1000kV变电站的防雷保护方法两方面作了相关分析，为1000kV特高压变电站的防雷保护提供相应参考。在实际工程中，应根据变电站接线的具体情况，对避雷针（线）的数量、安装位置及接线情况作进一步确定，从而使变电站的防雷保护措施得到有效保证。
参考文献：
［1］葛栋，曹玉杰，李奇峰，等.煤矿采动影响区特高压交流线路分体塔的防雷保护［J］.高电压技术，2010（1）：114~115.
［2］李光范，高克利，张翠霞，等.1000kV交流试验示范工程的过电压实测［J］.电网技术，2010（12）：115~117.
［3］郑江，林苗.1000kV特高压输电线路的中相导线防雷问题研究［J］.电力建设，2009（2）：101~103.
谭业政（1982.7-），男，山东烟台人，山东大学，本科，单位：国网山东省电力公司检修公司，研究方向：电网运行维护
论文作者:谭业政,张蔚元,孙春平,栾鹏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第6期
论文发表时间:2016/6/18
标签：变电站论文; 过电压论文; 避雷器论文; 避雷针论文; 防雷论文; 特高压论文; 雷电论文; 《电力设备》2016年第6期论文;