变电站开关断口防雷保护及避雷器的选用

电力18讯：    自2000年起，建德电网先后发生了5次雷电波侵入变电站的故障，虽未引起事故，但给电网安全运行带来了一定的影响，故障后检查发现：变电站内备用的35千伏开关柜设备均发生了不同程度的闪络，2005年7月12日12时35千伏洋溪变尤为严重，开关柜内SF6开关外绝缘表面电弧烧损严重，SF6开关外绝缘（环氧树脂压铸成型）三相断口间及A、C相对地有短路现象；进线铜排、绝缘板等有多处放电痕迹。
　　经分析，这几起故障均发生在变电所进线断口处，变电所防雷设计完全符合设计规程要求，在进线侧均安装了避雷器，35千伏架空线也安装了避雷线。
　　一、变电站的雷电波入侵原因分析及采取的对策
　　1．变电站进线产生断口的原因分析
　　因雷电过电压、人为外力破坏、污闪、设备故障或保护误动等原因导致线路断路器跳闸，重合闸前断路器处于短时分闸状态；断路器分闸后重合不成功，不能马上恢复送电，又未做好安全措施（即拉开有关隔离开关，将线路两侧接地隔离开关合上），则在这段时间内断路器实际上处于分闸状态，对无人值守的变电站，尤其是雷暴天气时，后一种情况经常会遇到，且持续时间有时达数小时。
　　根据雷电活动规律可知，雷云中可能同时存在着几个密集的电荷中心，当第一个电荷中心的主放电完成后，可能引起第二个、第三个电荷中心向第一个电荷中心形成的主放电通道放电。因此雷电波通常是多重的，连续性的，二个波间隔时间仅仅是1/10~1/100秒。第一重的雷电波引起断路器的跳闸，而断路器重合闸需要时间，存在着末重合闸成功前，第二重雷电波又入侵的可能性。
　　2．雷电波入侵的主要原因
　　雷电波主要是从线路进线侧入侵的，由反击和绕击引起的线路断口雷电波入侵的概率并不大，因为变电站一般不会建在地形较特殊的环境中；变电站附近地区的杆塔接地电阻及避雷线的保护角较易做到标准规定要求；根据线路避雷器的保护范围有限及雷电波陡度大、在线路阻抗衰减极快的情况可知，只有雷击发生在离变电站很近的几个杆塔的情况下才有可能通过变电站内线路断口泄放。
　　线路断口雷电波入侵主要是雷击感应过电压。当变电站附近的空间云团呈负电荷时，则在杆塔的避雷线上感应出正的电荷．而当云团电荷积累到一定程度对地放电时，因地电位（也就是避雷线上的电位）不能突变，故在导线上感应出一个负的感应过电压。线路上的雷击感应过电压为随机变量，其幅值及能量并不是很大。一般仅对35千伏及以下线路的绝缘有一定威胁。但在泄放通路中有断口，根据波的折射理论及因阻抗不配，波的振荡会形成很高幅值的过电压，从而对220千伏系统绝缘构成危害。
　　3.通常雷电过电压的保护措施
　　变电站的雷电侵入波保护通常靠三道防线：一是在变电站内设置避雷针，以屏蔽雷电波从大气空间入侵；二是在进线开关线路侧安装避雷器，以限制从线路上侵入雷电波过电压的幅值；三是在断路器或隔离开关后面、主变附近的母线上装避雷器，以限制从线路上侵入雷电波过电压的幅值。避雷器与电气设备之间的最大距离不超过DL／T620标准中规定的数值，否则应在变压器回路增设避雷器。
　　另外，对于35千伏变电站进线段，应设置1-2千米避雷线，避雷线的保护角度小于20°，以减少危险雷电侵入波产生的机会；尽可能降低杆塔接地电阻，使进线保护段具有较高的耐雷水平。
　　二、变电站开关断口避雷器的选用
　　1.采用无间隙避雷器
　　间隙放电有一定的时延，一般约在数个或十个nS左右，即在间隙放电时延内，过电压反射波可能达到最大值。
　　间隙放电特性决定，预加在间隙二端的电压波前陡度越大，间隙放电电压越高，例如标准规定有间隙的避雷器其波前冲击放电电压（在波前电压陡度400kV/uS下）与1.2/50uS雷电冲击放电电压之比为1.25。
　　传统的绝缘方式（如瓷绝缘或油绝缘），施加其上的冲击电压陡度越陡，耐受及放电电压也会相应抬高，但SF6及部份有机复合绝缘却不是，它在高陡度冲击放电电压下，比在标准雷电冲击波下只是略有抬高，远低于传统绝缘方式抬高的幅值，故在高陡度的冲击电压下，先于其它绝缘方式击穿。
　　所以有间隙的避雷器不适合用于保护线路终端及变电站内的设备绝缘，而应采用无间隙避雷器。
　　2.采用三相组合式避雷器
　　为防止相间过电压，可采用三相组合式避雷器，在保护相对地过电压的同时保护相间过电压，现较常用的是JPBHY5CZ1-42/124*88组合式过电压保护器，但其陡波限压特性较差，在部分情况下无法正确动作，最好在使用三相组合式避雷器的同时，安装无间隙金属氧化物避雷器，无间隙避雷器陡波响应、通流能力、密封性能都较好。针对建德电网多次发生的雷电波侵入变电站的情况，可以采用这种方式来解决。
　　3.安装位置
　　可选择装在变电站内龙门架上（a）或出线的第一个杆塔上（b）。有人认为装在（a）合适，理由是：装在（b），（b）受雷击会有雷电反击过电压，而在龙门架上则不会<