220kVGIS变电站雷电过电压防护措施的研究

发表时间:2021/8/6   来源:《中国电业》2021年第10期   作者:夏建国
[导读] 220kVGIS变电站运行中会受到外部环境影响,尤其是仅限落雷会导致变电站内部设备正常运行受到不良影响,出现过电压损坏设备,威胁到变电站整体安全稳定运行。

        夏建国
        石横特钢集团有限公司  山东肥城 271610
        摘要:220kVGIS变电站运行中会受到外部环境影响,尤其是仅限落雷会导致变电站内部设备正常运行受到不良影响,出现过电压损坏设备,威胁到变电站整体安全稳定运行。不同变电站实际情况有所不同,因此需要制定切实可行的雷电过电压防护措施,积极应用到实处来创设安全稳定的变电站运行环境。本文就220kvGIS变电站运行情况进行分析,分析雷电过电压带来的威胁和影响,在此基础上制定有效的防护措施,更好的满足社会生产生活需要。
        关键词:过电压;雷电灾害;安全防护;GIS变电站;220kv
        变电站运行管理中,安全是运行管理的核心内容,尤其是变压器作为核心设备,如果受到落雷击穿绝缘,无法自行恢复,将会威胁到设备正常运行,带来不可估量的经济损失。通常情况下,变电站雷电灾害多表现在侵入雷和直击雷,队友一些依据标准要求安装避雷针的,事故几率较低,但是雷电可能会沿着线路侵入变电站,产生过电压威胁到变压器正常使用。安装MOA可以有效抵御变电站侵入雷电,但是需要结合变电站选择合理的MOA参数,在合理接线方式支持下,全面保障变电站的GIS系统运行安全。
1 变电站供配电系统
        220kV变电站配备了三回架空进线,三台主变,用2备1容量为150000kVA;变压器为三绕组,高压侧220kV,中压侧110kV,低压侧35kV,有载调压;220kVGIS为西门子股份公司生产的8DN9型金属封闭气体绝缘开关设备;110kVGIS为山东泰开高压开关有限公司生产的ZF10-126型金属封闭气体绝缘开关设备。220kV、110kV侧接线方式均为架空线连接,35kV侧接线方式为母排连接,并且变电站内共配备了4组避雷针,GIS系统选择双母线接线方式。前两个变压器容量皆是300MV·A,推行并列运行模式,并且高压侧同220kvGIS连接,低压侧同110kvGIS系统连接。另外两组变压器推行电缆-变压器组接线模式,容量是300MV·A,直接将变压器和电缆连接在一起,为每相配备2根电缆敷设,长度控制在2km[1]。
2 计算模型和参数
        雷击线路具体表现在饶击、反击和雷击避雷线几种。导线和避雷线之间的距离符合标准,即可避免闪络情况出现,因此饶击和反击是威胁到变电站变压器运行安全的主要情况[2]。通常情况下,侵入变电站的雷电波是危害最大的一种形式,会产生过电压,进而导致线路电压过大出现跳闸,而变电站的断路器会直接切断故障,因此不会有入侵波进入到变电站。如果雷电侵入波是进线段外,受到冲击电晕产生的影响,会导致侵入波幅值与陡度下降,流经避雷器的电流也会随之下降。斜角的平顶波能量大,因此模型中选择-2.6/50μs的斜角,充当雷电侵入波波形。并且结合雷电过电压特性来模拟断路器、变压器、电压互感器以及隔离开关的对地电容大小,计算后得到210、2500120以及100pF。选择分布参数线路、模拟GIL、GIS管线以及电缆,计算波速以及波阻抗数值。
3 试验结果统计和分析
        变电站运行方式多样化,结合以往实践经验反馈可以了解到,一线一变方式所产生的过电压尤为严重,因此选择一台主变、一回架空进线方式。变电站的部分变压器使用电缆和GIS新系统连接,会产生较大的过电压,因此需要结合不同情况进行分析。
3.1 母线安装MOA
        依托于以往的设计和实践经验,220kv以下的变电站过电压保护方法较为简单,只需要确保每段单独运行母线配备一组MOA即可实现变电站全面保护[3]。

结合实践分析发现,母线上安装MOA,不需要过高要求MOA热容量,即可实现GIS内部设备有效保护。
3.2 3回架空出线安装MOA
        结合时间分析,3回架空出现配备MOA3台,结果表明,母线安装MOA与架空出线安装MOA下,变电站内部设备过电压并未出现显著差异,究其根本在于MOA残压小,所以变压器的过电压并不大。结合资料显示,变压器3变压器4BIL为900kv、950kv,说明过电压并未超过变压器的BIL,并且还有很大的剩余空间[4]。
3.3 主变安装MOA
        变压器旁侧安装MOA,重新计算安装MOA各处的雷电过电压。除了变压器5以外,其他各点过电压下降幅度较小,结合FFT分析结果了解到,变压器与GIS系统之间使用电缆连接,对地电容去除部分高频分量,MOA并不会对变压器电压频率带来过大的影响。因此,为了降低成本,可以不安装MOA即可实现雷电过电压防护[5]。
        从中可以发现,电缆长度变化,对变压器的过电压同样会产生较大的影响。如果电缆长度在100m~500m范围内调整,长度增加同时变压器过电压振荡随之后移。究其根本,是由于电缆长度增加,雷电波在电缆上的这反射时间随之增加,到达主变上时间也会增加。电缆长度不断增加,主变过电压在最大值出现前振荡幅度减弱。如果将电缆段去掉,也会对变压器过电压产生不良影响,基于架空线-GIS构建GIS变电站。电缆段去掉后会逐步降低电感,增强荣升效应,一定程度上起到限制过电压的作用。另外,GIS变电站在运行维护中,如果设备出现故障需要检修电容式电压互感器,不可避免滋生雷电波。设备电容减小,过电压值逐步增加,过电压最大值出现时间大大缩短。
结论:
        综上所述,220kv变电站运行中,由于变电站的内部设备众多,设备的接地防护不到位,可能受到雷电过电压所影响,进而损坏内部电力设备,威胁到变压器安全稳定运行。因此,变电站需要综合分析雷电过电压带来的不良影响,摸索影响规律,在此基础上制定切实可行的过电压防护措施落实到全过程,确保变电站内部的电力设备正常运转。只有这样,才能更好的满足社会不断增长的用电需求,降低变电站运营成本。
参考文献:
[1]温立清,韩小勇.110kV及以下电压等级智能变电站系统的过电压防护研究[J].科技创新与应用,2018(32):112-113.
[2]陈锡磊,施纪栋.真空断路器开断35 kV并联电抗器过电压及防护方案分析[J].电力电容器与无功补偿,2018,39(02):54-59.
[3]粟渊恺,刘盛祥,范力权,刘桂英.高土壤电阻率地区500 kV变电站过电压防护复合接地研究[J].电力科学与技术学报,2017,32(03):75-80.
[4]刘嘉超,马俊国,原云周,高宇,门业堃.天津某220kV GIS变电站雷电过电压防护措施研究[J].电气应用,2015,34(20):40-43.
[5]刘青,张玉峰,程勇.220kV GIS变电站雷电过电压防护措施的研究[J].高压电器,2018,23(04):329-331.
备注:1、220kV变电站配备了三回架空进线,三台主变,用2备1容量为150000kVA。
2,变压器为三绕组,高压侧220kV,中压侧110kV,低压侧35kV,有载调压。
3,220kVGIS为西门子股份公司  型号:8DN9型金属封闭气体绝缘开关设备。
   110kVGIS为山东泰开高压开关有限公司,型号:ZF10-126型金属封闭气体绝缘开关设备。
4、220kV、110kV侧接线方式均为架空线连接,35kV侧接线方式为母排连接。
5、变电站内共有4组避雷针
6、220kV母线为双母线运行方式,110kV母线为双母线单分段运行方式。
请根据以上实际修改一下相关内容。
疑问:本论文是对GIS变电站的雷电过电压的防护措施研究还是对变电站内GIS开关设备的雷电过电压的防护措施研究 GIS变电站的雷电过电压的防护措施研究
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