（贵州民族大学 贵州贵阳 550025）
摘要：本文为了验证象鼻岭水电站避雷器布置方案和选择设备的额定雷电冲击耐受电压，以 ATP-EMTP程序为工具，建立了象鼻岭水电站220kV系统雷电侵入波过电压计算模型。计算得到站内各设备上最大绕击和反击侵入波过电压均在选择的设备额定雷电冲击耐受电压安全裕度在允许范围内。
关键词：水电站；雷电侵入波过电压；平均无故障时间
1引言
象鼻岭水电站位于贵州省威宁县与云南省会泽县交界处的牛栏江上。电站装机容量240MW（2×120MW），电站2×120MW 机组通过2×150MVA 双绕组升压变压器由15.75kV 升压到220kV后直接以220kV 接入贵州主网；电站220kV出线为单母线接线1 回接入威宁220kV变电站220kV母线，15.75kV电气主接线采用单元接线。
本文通过对象鼻岭水电站220kV系统的雷电侵入波过电压保护进行研究，给出了本期工程不同运行方式下变电站220kV系统设备上的绕击和反击雷电过电压最大值，确定了变电站设备的绝缘水平，为电站选定安全可靠的避雷器布置方案。
2计算模型和程序
在雷电侵入波的作用下，站内各设备之间的电气连接线上将发生一系列复杂的波过程（波的反射和折射）。为使计算条件与工程的实际情况相符合，研究中，主要考虑雷击象鼻岭水电站的220kV进线段情况。仿真计算时，根据象鼻岭水电站所在地区的雷电特征（雷电流幅值及概率），将雷电流直接作用于220kV进线段线路的#1~#6杆塔的塔顶和导线（分别对应反击和绕击两种情况）。本电站计算中考虑”一线一变”和“一线两变”两种运行方式，220kV进线段杆塔接地电阻按照15Ω、20Ω和25Ω比较计算，站内220kV高压电缆长度为360m，计算研究程序为ATP-EMTP程序。
（1）电气主接线
象鼻岭水电站规划2台发电机组、2台220kV主变压器、1回220kV出线，线路长度约为84km。象鼻岭水电站220kV设备采用户内GIS，接线方式为单母线接线。
（2）进线段模拟
考虑近区雷击和远区雷击，根据杆塔的具体情况，反击的雷击点选在线路的#1～#6杆塔塔顶，绕击也选在#1～#6杆塔的导线上，进线段线路参数见表2-1。
表2-1 进线段线路参数
（3）避雷器（MOA）布置和参数
仿真计算中所采用的MOA参数见表2-2。
表 2-2 220kV MOA伏安特性表 (kV)
3绕击侵入波过电压
（1）允许雷电过电压水平
为分析结果方便，变压器、电流互感器和断路器等设备的内、外绝缘允许过电压值如下表3-1所示。
表 3 1 220kV电气设备雷电冲击绝缘水平和允许雷电过电压暂定值
根据电气几何模型，220kV进线段#1～#6杆塔的最大绕击电流Im和地面倾斜角θ有关。根据设计数据，计算中地面倾斜角按15°计。220kV进线段采用电气几何模型计算出了各杆塔最大绕击电流和计算选取的绕击电流。更大的雷电流只能击在地线或者大地上，而不会绕击在导线上。计算得到最大绕击电流为27.2kA，模拟计算中取值28kA。
（2）雷电绕击不同杆塔线路时雷电绕击过电压幅值
本研究模拟计算绕击电流绕击220kV进线段不同杆塔时，雷电过电压的不同幅值，计算中杆塔接地电阻均取15Ω，站内220kV高压电缆长度按照360米考虑，运行方式为“一线两变方式”。绕击进线段不同杆塔时象鼻岭水电站不同220kV电气设备上最大过电压幅值及避雷器通过电流见表3-2。
表 3-2 雷电绕击不同杆塔线路时象鼻岭水电站220kV电气设备上最大过电压值
注：MT为220kV变压器，CB为断路器，CT为电压互感器，CVT为电压互感器，BSG为GIS套管，SSC为220kV单芯电缆，ArL为220kV线路侧避雷器，ArM为220kV母线侧避雷器
从上表3-2可以看出，当雷电绕击220kV进线段#1杆塔或者#2杆塔上线路时220kV电气设备上的过电压幅值最大。
（3）杆塔接地电阻不同时雷电绕击过电压幅值
杆塔接地电阻值，对绕击雷电过电压幅值有一定的影响。本小节模拟计算雷电流绕击220kV进线段#1杆塔线路时，杆塔接地电阻不同值时象鼻岭水电站电气设备上最大过电压幅值及避雷器通过电流。运行方式为“一线两变方式”。计算中，认为在绕击时，线路绝缘子串会发生闪络。进线段杆塔接地电阻不同时象鼻岭水电站220kV电气设备上最大过电压幅值及避雷器通过电流见表3-3。
表 3-3 杆塔接地电阻不同时雷电绕击#1杆塔线路时220kV电气设备上最大过电压值
从上表3-3可以看出，220kV进线段杆塔接地电阻对雷电绕击杆塔线路过电压幅值影响很小。
（4）水电站不同运行方式下雷电绕击过电压幅值
本电站220kV部分运行方式可分为：“一线一变”方式和“一线两变”方式。模拟计算象鼻岭水电站220kV部分不同运行方式下，雷电绕击#1杆塔线路时象鼻岭水电站220kV电气设备上最大过电压值。杆塔接地电阻取25Ω。不同运行方式下雷电绕击#1杆塔线路时220kV电气设备上最大过电压值见表3-4。
表 3-4 不同运行方式下雷电绕击#1杆塔线路时220kV电气设备上最大过电压值
由于象鼻岭水电站220kV部分在“一线一变”与“一线两变”运行方式，在电气接线上差别比较小，两种运行方式下雷电绕击过电压幅值差别较小。最大过电压出现在“一线一变”运行方式下220kV电缆中部，约为574.4kV。220kV出线避雷器最大通过电流约为8020A。
4.雷电反击侵入波过电压
计算中雷电流幅值取216kA，雷击点选在220kV进线段#1～#6杆塔塔顶。
（1） 雷击不同杆塔时雷电反击过电压幅值
模拟计算雷击不同杆塔时，雷电过电压的不同幅值见表4-1。
表 4 1 雷电反击不同杆塔过电压值
从表4-1可以看出，反击时，当雷电反击#1杆塔时220k电气设备上的过电压幅值最大。
（2） 杆塔接地电阻不同时雷电反击过电压幅值
模拟计算雷击220kV进线段#1杆塔线路时，杆塔接地电阻不同值下电站220kV部分电气设备上最大反击过电压幅值及避雷器通过电流见表4-2。
表 4 2 杆塔接地电阻不同时雷电反击#2杆塔线路时最大过电压值
从表4-2可以看出，进线段杆塔接地电阻对雷电反击杆塔线路过电压幅值有较大的影响，杆塔接地电阻值越大电气设备上最大反击过电压幅值也越大。
（3）不同运行方式下雷电反击过电压幅值
象鼻岭水电站220kV部分运行方式可分为：“一线一变”方式和“一线两变”方式。模拟计算象鼻岭水电站220kV部分不同运行方式下，雷电反击#2杆塔线路时象鼻岭水电站220kV电气设备上最大过电压值见表4-3。
表 4-3 不同运行方式下雷电反击#2杆塔时220kV电气设备上最大过电压值
从表4-3可以看出，由于象鼻岭水电站220kV部分规模较小，在“一线一变”与“一线两变”运行方式下，雷电反击过电压幅值没有明显的差别。“一线一变”运行方式下，在主变压器上产生了约为689.6kV的过电压。
5.结论
根据以上模拟计算，象鼻岭水电站的避雷器布置方案如下：
1）220kV线路的入口装有额定电压为216kV的MOA；
2）母线装有额定电压为200kV的MOA；
3）主变压器220kV侧可不装设MOA。
本工程采用上述避雷器布置方案是可以保证变电站安全运行的。在最严苛的220kV部分在“一线一变”运行方式、进线段杆塔接地电阻为25Ω、雷电反击#1杆塔时，主变220kV侧会产生689.6kV的过电压，外绝缘裕度22.86%。220kV出线避雷器中流过的最大电流都大于10kA，实际实施中各避雷器的标称放电电流采用20kA，220kV线路进线段杆塔接地电阻能控制在15Ω内。
参考文献：
[1] GB311.1-2012《绝缘配合 第1部分:定义、原则和规则》
[2] GB/T311.2-2013《绝缘配合 第2部分：高压输变电设备的绝缘配合 适用导则》
[3] 《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T 620-1997
作者简介：郑兰，1983年，女，贵州大方县人，高级工程师，378824531@qq.com
2005.8~2016.12中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司，水电站电气一次专业设计
2017.5~至今 贵州民族大学，教师
地址：贵州省贵阳市花溪区贵州民族大学，邮编：550025，电话：18984079097
论文作者:郑兰,梁毅
论文发表刊物:《电力设备》2017年第28期
论文发表时间:2018/1/19
标签：过电压论文; 杆塔论文; 雷电论文; 水电站论文; 线段论文; 方式论文; 避雷器论文; 《电力设备》2017年第28期论文;