【導(dǎo)讀】發(fā)電廠、變電所遭受雷害可能來自兩個發(fā)面：雷直擊于發(fā)電廠、路向發(fā)電廠、變電所入侵的雷電波。對直擊雷的保護，一般采用避雷針或避雷。我國運行經(jīng)驗表明，凡裝設(shè)符合規(guī)程要求的避雷針的發(fā)電廠和變電所，繞。擊和反擊事故率是非常低的。氣體絕緣變電站、變壓器中性點的保護分析與設(shè)計；。

　　

【正文】 式避雷器。為確保安全運行，避免外絕緣閃絡(luò)事故，最好按下式校驗避雷器瓷套的耐受強度 0 ???? HUU （ 73） 式中 U0海拔不超過 1000m 時的沖擊或工頻試 驗電壓， kV； U在高海拔地區(qū)應(yīng)承受的外絕緣強度， kV； H海拔，在 1000～ 4000m 之間， m。 海拔愈高，愈應(yīng)加以重視。另外，還需在安裝場所檢驗避雷器的密封性能，測量碳化硅避雷器的工頻放電電壓。 在中性點非直接接地系統(tǒng)中，安裝在變壓器中性點上的避雷器不僅保護變壓器，而且保護中性點回路的儀用互感器、接地電阻和消弧線圈。在中性點接地系統(tǒng)中，因繼電保護的需要，部分變壓器的中性點有時也處于未接地狀態(tài)，如果中性點是降低絕緣的，也需加以保護。在選擇避雷器時，應(yīng)按照以下要求加以考慮 。 （ 1）避雷器的保護水平應(yīng)低于中性點的沖擊絕緣水平。根據(jù)實測及國外運行的經(jīng)驗，流經(jīng)變壓器中性點的雷電流一般都很小，避雷器的標(biāo)稱放電電流取 倍 kA，此時的殘壓比 5kA 的殘壓約低 5%，在檢驗絕緣配合時可據(jù)此進行計算。 26 （ 2）電網(wǎng)單相接地引起中性點電位升高的穩(wěn)態(tài)值應(yīng)小于避雷器額定電壓。該穩(wěn)態(tài)值就是中性點的零序電壓 U0，可計算如下 000 XIU ?? 因零序電流 0120 XXUI ?? ? 故 ?UXXXXU102100??? （ 74） 式中的 ?U 為相電壓， X0、 X1分別為零序、正序電抗。在中性點非直接接地電網(wǎng)中，X0/X1的值一般不超過 3，以這種極限來計算， 0U 最大可達 lmUUUU % 30 ???? ?? 式中 Ulm為最大運行的線電壓，因此一般建議選取 40%Ulm為避雷器額定電壓。如果不滿足這一條件，碳化硅避雷器將因承受電壓過高，而出現(xiàn)分路電阻過熱損壞甚至發(fā)生爆炸現(xiàn)象，氧化鋅避雷器損耗增大，迅 速劣化，也會發(fā)生爆炸事故。 27 8 氣體絕緣變電站（ GIS）的過電壓保護 GIS 變電站 GIS 的定義為：全部或部分采用氣體而不采用處于大氣壓下的空氣作為絕緣介質(zhì)的金屬封閉開關(guān)設(shè)備。它是由短路器、母線、隔離開關(guān)、電壓互感器、電流互感器、避雷器、套管 7 種高壓電器組合而成的高壓配電裝置。 GIS 組合電器特別適合在用地緊張的城市變電站、企業(yè)變電站、山區(qū)和污穢嚴(yán)重的地區(qū)使用。 GIS有下列特點： （ 1）占地面積和空間占用體積大為減小。有更好的綜合經(jīng)濟指標(biāo)。安全可靠，人身安全，設(shè)備運行可靠。 （ 2）有利于環(huán)境 保護。采用 GIS 可使運行人員不受電磁場輻射的影響。 （ 3）安裝工作量小，檢修周期長。因此， GIS 在山區(qū)水電站、污穢地區(qū)配電系統(tǒng)和城市電網(wǎng)改革中得到廣泛的應(yīng)用，而且在空氣稀薄的高海拔地區(qū)和地震頻繁活動的地區(qū)，選用 GIS 也有著極為廣闊的前途。 GIS 變電所中的暫態(tài)過電壓問題 在全封閉 SF6 氣體絕緣變電站（ GIS）中，隔離開關(guān)的操作會產(chǎn)生特快速暫態(tài)過電壓（ VFTO）。 GIS致命的弱點： （ 1） 當(dāng)?shù)堕l切合操作會產(chǎn)生電弧重燃，觸頭間隙兩端的電壓在幾毫微秒內(nèi)突然跌落，該電壓陡坡在 GIS 中產(chǎn)生行波，引起高頻振蕩 而形成特快速瞬變過程（ Very Fast Transient,簡稱 VFT），從而產(chǎn)生特快速瞬變過電壓（ Very Fast Transient OverVoltage,簡稱 VFTO）。當(dāng) VFTO 嚴(yán)重時在 GIS 的不同部位，如隔離開關(guān)本身、間隙中、沿支持件、套管和變壓器會出現(xiàn)故障。這不僅影響 GIS 本身運行的可靠性，而且對電力系統(tǒng)的其他高壓設(shè)備的絕緣結(jié)構(gòu)造成很大危害。例如，近年巴西的 Graiau 500kVGIS 變電站在運行的初期，就曾因隔離開關(guān)操作產(chǎn)28 生的 VFTO 造成 GIS 外殼內(nèi)部的火花放電， 500kV 油紙?zhí)坠艿?炸裂和變壓器故障等。 （ 2） VFTO 在 GIS 內(nèi)部傳播時，遇到與外部相聯(lián)接的地方（即波阻抗不連續(xù)處）時，會發(fā)生波的折射和反射。當(dāng) TFT 由 GIS向外部傳播時，產(chǎn)生暫態(tài)地電位升高（ TGPR）， TGPR 會造成人員受擊，控制、保護設(shè)備的誤動作和二次設(shè)備損壞等后果。 （ 3） 沿 GIS 母線導(dǎo)管傳播的 VFTO 和沿 GIS 殼體與接地系統(tǒng)的 TGPR 都會形成暫態(tài)電磁場，形成輻射騷擾。 當(dāng) GIS 與 變壓器 相連時， VFTO 對 變壓器 的作用類似于沖擊過電壓。 變壓器的工頻電壓在繞組上的電壓分布是按匝數(shù)分配。但由于 VFTO 過電壓的波頭部分頻率很高，在高頻 VFTO 的作用下，容抗遠(yuǎn)小于感抗，所以可以忽略感抗 而僅考慮容抗的影響。由于各匝之間的串聯(lián)電容和匝對地電容數(shù)值不同，其電容上電壓的分布就有差異。 VFTO 對避雷器和變壓器的影響 ： GIS 中隔離開關(guān)操作引起的 VFTO，雖然幅值不算太高（一般為系統(tǒng)電壓的 2倍左右），但其等值頻率高、陡度大（有時可達 ? ,即使在變壓器處也可達 ? ），該 VFTO 作用在避雷器上會產(chǎn)生很大的脈沖電容電流，從而可引起避雷器的頻繁動作。而 VFTO 沿變壓器繞組近似于指數(shù)分布，首端匝 間絕緣將承受較高的電壓；另外， VFTO 所含的諧波分量較豐富，會在變壓器繞組的局部引起諧振；加上積累效應(yīng)等因素的影響，可能會使變壓器絕緣發(fā)生擊穿現(xiàn)象。 降低 VFTO 的主要措施有：優(yōu)化 GIS 變電站設(shè)計；改進 GIS 變電站連接方式及優(yōu)選參數(shù)，采用優(yōu)良的隔離開關(guān)，隔離開關(guān)加裝電阻等。 TGPR 的危害 (1)對弱電設(shè)備產(chǎn)生騷擾，影響正常的功能，以致誤動或拒動； (2)對弱電二次設(shè)備的絕緣形成威脅，甚至擊穿短路；也可能擊穿 GIS 的某一絕緣 部件，乃至間隔造成接地短路事故。 (3)如果在暫態(tài)過程中觸及“接地”的設(shè)備外殼（ GIS 外殼），就會感到刺痛或失控，危及人身安全。 29 GIS 變電站過電壓保護自身的特點 GIS 變電站采用保護性能優(yōu)異的氧化鋅避雷器來限制雷電過電壓，特別是陡波過電壓就具有重要意義。 (1)GIS 的絕緣的伏秒特性教平坦，其沖擊系數(shù)很?。?～ ），且其負(fù)極性擊穿電壓比正極性低。因此， GIS 的絕緣水平主要取決于雷電沖擊電壓水平。 GIS變電站的絕緣與一般敞開式變電站的絕緣在伏秒特性及極性效應(yīng)上的差異是因為它們的絕緣介質(zhì)中電場分布不同而引起的。 一般敞開式變電站為空氣絕緣，所需的間隙很大，高壓電氣設(shè) 備周圍的空氣絕緣處于極不均勻的電場中，所以伏秒特性陡峭，雷電沖擊絕緣水平高于操作沖擊絕緣水平，兩者比值高達 甚至更高；而且，由于棒電極電暈放電空間電荷的影響，使正極性擊穿電壓比負(fù)極性低（見圖 81）。而 GIS 變電站中的 SF6氣體絕緣處于均勻或稍不均勻電場中， SF6 的沖擊伏秒特性平坦，雷電沖擊絕緣水平與操作沖擊絕緣水平十分接近。在負(fù)極性時，導(dǎo)體電極附近的高場強使電子崩容易發(fā)展而形成擊穿，故負(fù)極性擊穿電壓比正極性低（參見圖 81），所以 GIS的絕緣水平?jīng)Q定于雷電沖擊水平，降低雷電過電壓，就是降低 GIS 變電站 的絕緣先決條件。 (2)GIS 變電站中的同軸母線筒的波阻抗一般在 60～ 100Ω之間，遠(yuǎn)比架空線低，為此，從架空線侵入的過電壓波經(jīng)過折射，其幅值和陡度都顯著減小，這對GIS變電站的防雷保護來說要比常規(guī)敞開式變電站更易實現(xiàn)， (3)GIS 變電站結(jié)構(gòu)緊湊，電氣設(shè)備之間的電氣距離小，避雷器距被保護的電氣設(shè)備較近，所以防雷保護措施要比常規(guī)變電站更為有利。 (4)GIS 變電站內(nèi)一旦發(fā)生電暈，其絕緣立即擊穿，并且沒有自恢復(fù)能力；而 GIS 本身造價又較常規(guī)變電站昂貴，所以，要絕對避免電暈的產(chǎn)生，其設(shè)備絕緣配合應(yīng)留有足 夠的裕量。 30 GIS 變電站雷電過電壓保護接線方式 GIS 變電站過電壓保護接線方式有以下幾種： (1)進線為架空線路： GIS 與架空線直接相連的保護接線見圖 82 所示，共有五種：（ a） 表示母線長度在 50m一下的 GIS，只在 GIS 入口處外側(cè)裝設(shè)一組氧化鋅避雷器；（ b） 表示在 GIS 入口側(cè)裝設(shè)一組氧化鋅避雷器，效果更好；對于母線較長的 GIS，則采用（ c） 及（ d） 接線，即在變壓器出口加裝一組氧化鋅避雷器；如果母線很長，采用（ e） 接線方式，即在母線中再增設(shè) 一組氧化鋅避雷器。 (2)進線段為電纜線：經(jīng)電纜進線接到架空線上的 GIS 保護接線，則采用圖83所示接線方式。實驗和計算得出，在電纜首端裝設(shè)一組氧化鋅避雷器 [如圖83（ a） 所示 ],雖然可滿足保護要求，但若在 GIS 入口處再加裝一組氧化鋅避雷器 [如圖 83（ b） 、（ c） 所示 ]，保護效果會更佳。 空氣絕緣（ ） 空氣絕緣（ +） SF6 絕緣（ +） SF6 絕緣（ ） 避雷器保護水平 1 2 10 100 400 1000 10000 絕緣水平，保護水平 圖 81 GIS 絕緣的伏秒特性 31 GIS GIS GIS l2 l1 l1 l2 l1 l2 (a) (b) (c) 圖 83 經(jīng)電纜段進線的 GIS 的保護接線 GIS GIS GIS GIS GIS (a) (b) (d) (c) (e) 圖 82 與架空線直接相連的 GIS 的保護接線 32 后 記 本設(shè)計是在 繞玉凡 老師悉心關(guān)懷和精心指導(dǎo)下完成的。從設(shè)計整體方案的確立到每章節(jié)內(nèi)容的詳 細(xì)審定，無不傾注了饒 老師的巨大心血和辛勞。老師求實的治學(xué)態(tài)度，認(rèn)真細(xì)致的工作作風(fēng)，深厚的學(xué)術(shù)造詣和豐富的實踐經(jīng)驗，使我受益匪淺。 設(shè)計中對 主要的雷擊方式、傳統(tǒng)變電站防雷措施、變壓器中性點保護、 變電站的入侵波過電壓保護、 絕緣配合與避雷器選擇、氣體絕緣變電站（ GIS）的過電壓保護 進行了分析，通過這次設(shè)計使我增加了很多知識，掌握了很多防雷保護的知識，對雷電方面的有了深入的了解，在畢業(yè)設(shè)計的這段日子里，我所獲得的知識將是大學(xué)期間最珍貴的。 在此期間，我不僅學(xué)到了許多新的知識和解決問題的方法，而且也開闊了自己 的 視野，提高了解決實際問題的能力。在此，我對饒 老師在畢業(yè)設(shè)計期間給予的指導(dǎo)和幫助表示衷心的感謝。同時也感謝其他老師在我畢業(yè)設(shè)計開題、末檢期間給予的關(guān)懷和幫助，以及 母校 為我提供良好的畢業(yè)設(shè)計環(huán)境。 最后感謝在畢業(yè)設(shè)計中為我提供幫助的眾多益友和同學(xué)，以及在設(shè)計中被我引用或參考的論著的作者，在此表示衷心的感謝，感謝他們對我的幫助與教導(dǎo) ！ 33 參考文獻 [1]常美生 .高電壓技術(shù) .北京：中國電力出版社， [2]沈培坤，順喜 .防雷與接地裝置 .北京：化學(xué)工業(yè)出版社 .工業(yè)裝備與信息工程出版中心， [3]李富同 .電力系統(tǒng)電磁兼容性問題綜述 [J].安全與電磁兼容， 2020（ 5） ： [4]徐一凡 .高壓電器絕緣及測試 .北京：中國電力出版社， [5]熊泰昌 .電力避雷器的原理實驗與維修 .北京：水利電力出版社， [6]翁雙安 .供配電工程設(shè)計指導(dǎo) .北京：機械工業(yè)出版社， [7馮杰，司馬文霞，楊慶 .35kV 變電站雷電侵入波特性的仿真與分析 [J].高電壓技術(shù)， (2)8991 [8] 萊塔儒勒 .電力系統(tǒng)中的電磁兼容 . 北京：機械工業(yè)出版社， 2020 [9]劉兆林，張國強，溫碧紅 .氣體絕緣金屬封閉開關(guān)設(shè)備運行及維護規(guī)程 .北京：中國電力出版社， [10] 王洪新，賀景亮 .電力系統(tǒng)電磁兼容 .武昌：武漢大學(xué)出版社， 2020