一级水电站过电压保护设计研究 本文关键词：过电压，水电站，保护，研究，设计
一级水电站过电压保护设计研究 本文简介：摘要：MMY一级水电站高压配电装置采用220kVGIS设备，主接线方案为：发电机电压侧采用单元接线，升高电压侧采用双母线接线。本文系统的从电站直击雷保护、主要电气设备过电压研究、主要电气设备绝缘水平、电站过电压及其保护措施、避雷器配置、雷电侵入波电压故障率统计等方面进行分析设计，最后提出关于本工程过
一级水电站过电压保护设计研究 本文内容：
摘要：MMY一级水电站高压配电装置采用220kVGIS设备，主接线方案为：发电机电压侧采用单元接线，升高电压侧采用双母线接线。本文系统的从电站直击雷保护、主要电气设备过电压研究、主要电气设备绝缘水平、电站过电压及其保护措施、避雷器配置、雷电侵入波电压故障率统计等方面进行分析设计，最后提出关于本工程过电压保护结论及建议。
关键词：直击雷；过电压；绝缘；避雷器；侵入波
1电站概况
MMY一级水电站装机（3×180+1×18）MW，以220kV一级电压、出线2回接入系统。发电机电压侧采用发电机——变压器组单元接线，220kV出线侧采用双母线接线。站内预留一个出线间隔的可能。生态机组以13.8kV接入1号发电机电压母线，生态机组升压变压器布置在1号主变右侧。为保证电站的安全经济运行，本文特对本电站的过电压保护进行系统的研究设计进行介绍说明。
2方案设计
2.1直击雷保护电站防直击雷过电压保护主要采用设置避雷带与避雷针。220kV出线门架避雷针及线路避雷线组成的防雷保护范围可保护中控楼屋顶的220kV出线设备。出线线路避雷线可保护中控楼及尾水平台启闭机室建筑物，其他室外建筑物均为采用避雷带保护[1]。2.2各主要设备处的过电压最大值根据避雷器配置结果的比较，避雷器配置时，各种运行方式下各主要设备处的过电压最大值见表1[2]。2.3各主要设备的绝缘水平和绝缘配合裕度采用避雷器配置方案时，马马崖一级水电站各主要设备的绝缘水平和绝缘配合裕度见表2。结论：1）有母线侧避雷器时，线路间互送电运行方式下，隔离开关、断路器等主要设备过电压值从825kV降为465kV，绝缘配合裕度从13.2%提高到51.5%；2）采用本避雷器配置方案时，在各种可能的运行方式下，遭受雷电侵入波危害时，主要电气设备都有足够的绝缘配合裕度，不会对设备造成严重损害[3]。2.4电站过电压及其保护措施电站的进线段长为2km，杆塔档距400m，即1号～5号杆塔在2km进线段范围内。因此，按最严重情况考虑，近区雷击点选择在1号杆塔，远区雷击点选择在进线段首端，即6号杆塔。无论是远区落雷还是近区落雷，单线单变的运行方式都是最严重的情况，因为这种运行方式下雷电流经过的线路少，电容小，雷电流分流情况差，因此其过电压值高。由图1电气主接线图可见，最不利工况（一回出线一台变压器）应为波经白蜡2出线至3号变，其最长路径为：3号变→母线1→母线开关→白蜡2出线，路径长30米。所以，本计算中为从严考虑，在不作特殊说明时，计算方式的选择为：3号变→母线1→母线开关→母线2→白蜡2出线，即“一回出线一台变压器”。线路侧及主变侧的避雷器按图1中位置布置，不设置母线避雷器[4]。2.5电站避雷器配置情况根据电站避雷器配置详细情况，线路侧、母线及主变侧避雷器型号依次为Y10W-204/532。Y10W5-200/520、Y1.5W-144/320，详细参数见表3。通过在仿真模型中输入非线性电阻的伏安特性来模拟避雷器，其动作参考电压取额定电压的2倍。避雷器的冲击接地电阻取为10Ω[5]。2.6雷电侵入波过电压故障率计算与保护可靠性评估2.6.1故障率计算通过对本工程推荐方案模拟计算，所选最大雷电流为2.6/50us150kA（大于此幅值的概率为1.97%），按照避雷器配置情况，各设备都有一定的绝缘裕度，不会发生故障。然而，当雷电流幅值大于150kA时，各主要电气设备上的过电压值会变得更大，其中出线处CVT过电压值最大。当雷电流幅值增大至某个值时，CVT上电压最先达到其绝缘水平950kV，雷电流超过这个幅值的概率可以理解为侵入波故障率[6]。可以通过仿真计算故障率：在“一回出线一台变压器”运行方式下，增大反击的雷电流幅值，使CVT上过电压最大值刚好达到950kV，记录此时的雷电流幅值I=320kA。我国一般地区雷电流幅值超过I的概率P可按lgP=-I/88求得，由此计算得“一回出线一台变压器”运行方式时的故障率为0.0231%。2.6.2保护可靠性评估由MMY220kV水电站各主要设备的绝缘水平和绝缘配合裕度得知：选定的本避雷器配置方案保护下，各个设备的过电压值仅在线路间互送电时，隔离开关处的电压达825kV，其余各主要设备处的电压均小于646kV，均未超过其绝缘水平，且绝缘配合裕度达到32.0%以上，保护可靠性良好。
3结论
根据MMY一级水电站过电压计算结果，对其220kV线路雷电侵入波过电压进行了分析计算，得出的结论和建议如下：1）在近区落雷，即雷击变电站出口端号1杆塔塔顶时，各主要电气设备上过电压值最大，最大值为反击时在CVT上产生的过电压，其值为646kV；2）在各种可能的运行方式中，“一回出线一台变压器”时，在CVT上产生的过电压值最大，达646kV；3）减小杆塔冲击接地电阻，能降低各个电气设备上的过电压值；4）线路间互送电运行方式下，隔离开关过电压值能从825kV降为465kV，绝缘配合裕度能从13.2%提高到51.5%；5）线路侧、母线、主变侧均设置避雷器。在这种运行方式下，当有雷电波侵入变电站时，能保证站内各主要设备上的过电压低于设备的绝缘水平，各设备的绝缘配合裕度在32.0%以上。
参考文献：
[1]水电站机电设计手册编写组.水电站机电设计手册电气一次[M].北京:水利电力出版社,1982.
[2]NB/T35067-2015水力发电厂过电压保护和绝缘配合设计技术导则[S].
[3]邵昱,余嘉文.超高压变电站雷电过电压仿真及分析[J].陕西电力，2011，8：1-4.
[4]薛艺为.500kV变电站雷电过电压仿真计算研究[J].电瓷避雷器，2012.5：74-78.
[5]汤霖，王瑞发，赵冬一.架空配电线路雷电过电压特性与MOA试验技术的研究进展[J].电瓷避雷器，2017.5：118-127.
[6]汪旭旭，郑贤龙，郭靖.基于EMTP的交叉互联型电缆雷电过电压影响因素分析[J].华电技术，2017.7：21-23.
作者：陈丹燕 张光成 王勇 刘涛 单位：中国电建集团贵阳勘测设计研究院有限公司
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