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变电所防雷保护解析

发布时间:2013-10-12 13:40  文章来源:未知  作者:木森电器  人气:
      变电所防雷保护是一个系统工程,它由3个子系统即三道防线组成。
      第一道防线,即第一子系统的作用是防止雷直击变电所电力设备。雷击是无法阻止的,只能通过拦截导引改变其入地路径。好的设计和建设,能避免破坏性后果。这道防线由拦截受雷(接闪)、引流、接地散流防护系统组成。接闪器有避雷针(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,或这两者结合,对引流线和接地装置都有严格的要求。
      电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》,关于避雷针(线)的保护范围仍沿用过去方法。统计我国4 272变电所运行年的经验,表明按这种方法计算的保护范围绕击率为0.07次/100所·a[5],这是可以接受的,没有必要改变,否则会造成混乱和浪费。变电所现行的直击雷防护的可靠性,比沿架空输电线路导线侵入的雷电防护高10倍以上。变电所的危险主要来自沿架空输电线路导线上的侵入波。
      第二道防线,即第二子系统为进线保护段。雷击进线保护段首端及以外时,绝大部分雷电流被引入地中,只有很小部分的雷电流沿架空线路导线侵入变电所。雷电波沿架空线路导线传播时,受冲击电晕和大地效应影响而衰减,能降到变电所电气装置绝缘强度的允许值。
      变电所的主要危险是来自进线保护段之内的架空线路遭雷击,反击导线或绕击导线产生雷电侵入波,因此进线段又称危险段。加强进线段防雷保护是十分重要的,要求避雷线具有很好的屏蔽和较高的耐雷水平。不管如何,反击和绕击仍是可能的。因此,变电所设防(第三道防线)要求的进线保护段(危险段)愈短愈好,这样允许侵入波的陡度和幅值较大。
      第三道防线,即第三子系统期望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。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,在MOA失效后空气间隙可作为后备保护。
      由这三个子系统的三道防线构成一个完整的变电所防雷保护系统。这三道防线各负其责,缺一不可,不存在谁替代谁的问题。只是视具体情况不同,哪一道防线设置保护元件多少不同而已。现在市场上的各种防雷保护装置,实际上只是整个防雷保护系统中的一个保护元件,只起某一方面的保护作用,那种把这三道防线割裂开来,孤立设置的方法是错误的。三道防线之间关系密切,互相影响,尤其是二、三道防线之间,若第三道防线能力强,可缩短第二道防线——危险段的长度,提高变电所耐雷可靠性;若第二道防线能力很强,可以减轻第三道防线负担,变电所耐雷可靠性将得到提高。
      变电所防雷保护应注意以下几点:
      1、电力变压器绕组各侧设防的耐雷可靠性应一致。  
      众所周知,电力变压器不论哪一侧绕组损坏,变压器都要停运和修理。因此变压器绕组各侧设防的耐雷可靠性应一致。
      电力变压器防雷保护的简繁应根据容量大小、损坏影响程度及供电重要性决定。在我国一些标准中,TPMOA分类和电力变压器各侧绕组的防雷保护,实际上是按电力系统标称电压等级来划分和设防的,不论变压器一次侧绕组电压等级多高,是高压或超高压,不论容量多大,是几百MVA或小容量,不论一次侧绕组采用TP-MOA的In=10kA还是20kA,例如二侧绕组为35kA等级,一律规定TPMOA的In=5kA,防雷保护一个模式——“一刀切”。这样,电力变压器一、二次侧耐雷可靠性是不配合的,防雷薄弱环节在二次中压侧是显而易见的。1990~1994年全国在役的110kV及以上等级电力变压器类设备(未包括农口管理的设备)的运行情况及事故统计分析完全证实了这点。
      或许有人会说,过去的碳化硅阀式避雷器(SiCA)的In就是5kA。请不要忘记,那时一、二次侧SiCA的In都是5kA,耐雷可靠性一致。或许有人会说,中压阀式避雷器流过的雷电流没有高压或超高压侧大。但实测流过避雷器的雷电流恰好相反。1958年国际大电网会议(CIGRE)第33学术委员会(SC-33)第1工作组报告中指出:“通过阀式避雷器最大的雷电流是发生在中压等级以下者”。流过阀式避雷器的雷电流幅值和陡度是随机变量,是非固定值,按概率分布。选用较高In等级的TPMOA,实质上是加强了电力变压器防雷保护的可靠性。而较高In等级TPMOA增加的造价,相对于大容量电力变压器造价来说是极小的 。TPMOA是积木式的,在技术上不存在任何困难。
      2、选用沿架空输电线路导线侵入到变电所的雷电陡度和幅值不应“一刀切”。  
      TPMOA至被保护物(如电力变压器)之间允许的最大距离决定于沿架空输电线路导线侵入到变电所雷电波的陡度和幅值。但影响该参数的因素很多,如直击雷电参数(幅值、陡度和波的长度等)、进线段参数(避雷线根数和布置位置、杆塔高度和杆塔波阻、接地冲击电阻等)和雷击点位置(雷击点至TPMOA距离等)。由此可见,侵入到变电所的雷电波陡度和幅值是随机变量,非固定值,按概率分布。选用多大侵入波陡度和幅值实际上反映了被保护电气装置耐雷的可靠性程度。因此,应视被保护物(如电力变压器)的重要性不同,分别选用不同的侵入变电所雷电波的陡度和幅值,那种同一电压等级,不管重要性(容量大小、事故影响程度)差异,一律“一刀切”,选用同一雷电波陡度和幅值的方法是不可取的。
      确定侵入到变电所的雷电波需要进行大量试验研究工作,特别是运行经验总结和统计分析。我国从1954年至今,是采用如表1所示前苏联的规定值,运行经验表明,这些值一般是可接受的,但对气体绝缘装置(GIS)等新设备和大容量变压器,技术经济是否最佳还有待实践的检验。
      综上所述,变电所防雷保护是一个系统工程,由三个子系统即三道防线组成。这三道防线各负其责,缺一不可,不存在谁替代谁的问题。三道防线之间,关系密切,互相影响,不应割裂开来,孤立设置。电力变压器绕组各侧选用TPMOA的In等级应相同,设防耐雷可靠性应一致。变电所发生的雷电过电压是随机的,是具有统计性的概率分布的。选用沿架空输电线路导线侵入变电所的雷电波陡度和幅值,即TPMOA至被保护物之间的最大允许电气距离,应因地制宜,不应全国“一刀切”。因此,其防雷保护,不应全国“一刀切”。业主和设计者应因地制宜地对变电所设防,因设防不当,造成不应有的损失(包括设防浪费和事故损失),应由主事者负全责,“标准”不应当“替罪羊”。
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