乐亭500kV变电站工程专题报告500kV配电装置雷电侵入波过电压计算研究.doc

乐亭500kV变电站工程 专题报告 500kV配电装置雷电侵入波过电压计算研究 华北电力设计院工程有限公司 2011年6月 北京内容提要 本文利用电磁暂态程序EMTP/EMTPE，对乐亭500kV变电站的防雷保护进行了模拟计算。在该变电站线路入口和主变压器回路以及母线上装设避雷器情况下，当雷击进线段时，通过计算本期单线单变运行方式下的雷电侵入波在变电站设备上的雷电过电压最大值，判断高抗回路是否需要加装避雷器。计算结果表明：当高抗回路不装避雷器时，高抗设备的过电压水平不满足要求；当高抗回路装设避雷器后，站内设备上的雷电过电压未超过设备的雷电冲击绝缘水平，且有足够的绝缘裕度，高抗设备的绝缘裕度为26.8%。 目 录 1 乐亭500kV变电站概况 1 2 本工程500kV电气主接线及500kV屋外配电装置概况 1 3 本工程雷电侵入波过电压计算研究的目的 1 4 变电站电气主接线 1 5 设备参数 2 5.1 避雷器参数 2 5.2 设备入口电容 2 5.3 线路波阻及波速 3 5.4 设备绝缘水平 3 5.5 500kV架空进线段导线高度 3 6 计算用等值接线及电气尺寸 3 7 雷电波侵入变电站时设备上的雷电过电压计算 4 7.1 计算方法 4 7.2 运行方式 5 8 计算结果及分析 5 8.1 高抗入口不装设MOA的情况 5 8.2 高抗入口装设MOA的情况 6 9 结论 7 乐亭500kV变电站概况 本工程500kV远景规模为8回出线，装设容量为1200MVA自耦变压器3台。本期规模：装设容量为1200MVA自耦变压器2台，500kV出线2回。 本工程500kV电气主接线及500kV屋外配电装置概况 本工程500kV采用一个半断路器接线。500kV本期装设2线2变，本期接线两个不完整串，一个完整串。 本工程500kV配电装置中，母线采用悬吊式铝管母线。主变与母线呈垂直布置，主变采用顺列式入串。500kV配电装置间隔宽度为27m，母线相间距离为7.5m，进出线构架导线相间距离为7.5m，边相导线至门型构架柱子中心线间的距离为6m；设备相间距离为7.5m，边相设备至门型构架柱子中心线间的距离为6m。悬吊母线构架高度为20m，东西向出线构架为33m，主变进线构架和南侧出线架构高度为26m。 本工程雷电侵入波过电压计算研究的目的 雷电侵入波主要威胁的是线路入口设备，而高抗的入口电容较大，距离线路入口避雷器有一定的距离。乐亭500kV变电站本期是雷电侵入波最严重的单线单变运行方式，故有必要对高抗入口是否需要装设避雷器进行验算。因此，本计算的目的是采用中国电力科学研究院开发的电磁暂态程序EMTP/EMTPE，在线路入口和主变压器回路上及母线上装设避雷器的情况下，校验高抗入口处是否需装设避雷器。 变电站电气主接线 工程初期变电站电气主接线见图4.1 图4.1 电气主接线 设备参数 避雷器参数 变电站在每回架空线路的入口和变压器回路上装设金属氧化物避雷器，其参数见表5.1。 表5.1 避雷器参数 型 号 装设位置 额定电压 2kA操作冲击残压（kV） 20kA雷电冲击残压（kV） YW-444/1106 线路入口 444 869 1106 YW-420/1046 变压器端 420 820 1046 YW-420/960 母线 420 820 1046 设备入口电容 雷电过电压的经典理论指出，在雷电冲击波的作用下，由于冲击波传播速度快，雷电侵入波等值频率较高，作用时间短（微秒级），通常10 左右即可算出最大过电压幅值。变电站设备上的电阻，电感等过程来不及建立起来，从微观的角度来看，各个设备等价于具有一定电容值的电容，冲击波作用的过程就是对各个大小不一的电容充电的过程。因此在雷电侵入波的计算中，变电站不同设备用不同电容值的入口电容表示。其数值见表5.2。HGIS中的电流互感器、断路器电容数值较小，计算中省略计算。 表5.2 设备入口电容 设备名称 变压器 电压互感器 高抗 HGIS套管 电容值 5000 5000 5000 200 线路波阻及波速 在模拟计算中，变电站架空进线及变电站连接线均用单相无损导线模拟，模拟时需考虑两个参数：波阻抗和波速。架空进线和母线的波阻抗相差不多，一般在300Ω左右，本计算中取300，波速为300m/μs；变电站GIS组合电器根据经验和工艺水平，波阻抗取85Ω，波速为300m/μs。 设备绝缘水平 电站内主要设备的雷电冲击绝缘水平值（BIL）与设备的绝缘保证强度值（BILW）如表5.3所示。考虑到设备运行老化等因素，计算中设备的绝缘保证强度的判据应取设备雷电冲击绝缘水平BIL除以系数K的值。在工程初期设备绝缘老化很小，若工程初期的时间较短，此设备的绝缘保证强度的判据可取其设备的雷电冲击