广州蓄能水电厂500 kV电气设备雷电过电压计算
2008-01-09 14:59:25 来源：
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电力18讯： （1．广东省电力工业局试验研究所，广东广州510600；2．广州蓄能水电厂，广东从化510950）
摘 要：通过EMTP程序计算了广州蓄能水电厂500 k V GIS电气设备在雷电流沿导线侵入时产生的过电压，结果表明所产生的过电压低于设备的雷电冲击绝缘水平，证明了雷电侵入波并不是1号主变压器损坏的直接原因。
关键词：雷击；过电压；变压器；计算
中图分类号：TM866 文献标识码：A
广州蓄能水电厂500 k V电气设备采用SF6气体绝缘全封闭组合装置（GIS），一期工程有4台主变压器、两条环行母线及两条出线（蓄增线和蓄罗线）。近年来，发现两条出线的避雷器有动作显示，且1号、2号主变压器相继发生事故，故障点均发生在高压引线处。为弄清是否为线路上的雷电侵入波所造成，本文通过计算机的通用电磁瞬态程序（简称EMTP），对从线路上来的雷电侵入波引起的变电站中的过电压进行分析和研究。
1 计算的参数模型
主变压器故障发生在1997年12月，根据广东雷电定位系统的记录，1997年12月广州地区的落雷情况为：雷电数为240，最大雷电流为110KA，最小雷电流为3.3KA。计算时采用幅值为110KA、雷电电流波形为2/50μs的模型。雷电通道的电阻取300Ω。
计算时采用单相模型。蓄增线和蓄罗线的型号为4×LGJ－300，地线为SACA－95／55。实测线路参数为：Z＝263．7Ω，波速v＝2．9×108 m／s。
参照上海交通大学、广东水利电力勘测设计院《广州抽水蓄能电站500 kV电器设备雷电侵入波保护模型试验、绝缘配合数值计算分析研究报告》，假设杆塔的波阻抗为191Ω。杆塔高度和接地电阻见表1。
绝缘子串型号为XP－16型，站内及线路杆塔用绝缘子30片。计算中采用武汉高压研究所拟合的绝缘子串放电电压伏秒特性如下：
Ufc＝2 400＋800e－t／4＋1 600e－t／1．5＋2 000e－t／0．8＋1 700e－t／0．25．
线路避雷器的型号为FS2B444Z，额定电压为444 k V；母线避雷器的型号为FSB420，额定电压为420 k V。其特性如表2。
采用指数函数i=p(u/uref)q进行模拟。按照EMTP程序的要求，uref取额定电压的2.0倍，则
常数εr＝3．52）。对于GIS，其外径为540 mm，内径为12 mm，于是得到其波阻抗Z＝66Ω，波速v＝2．68×10 m／s。主变压器的入口电容为7300 pF，耦合电容为5000 pF。
于是便得到计算电路图如图1所示。
2 研究内容及计算结果
考虑近区雷击，雷击点选择如下：雷击1号杆；雷击2号杆；在出线的2 km外直击线路。雷电分别由蓄增线和蓄罗线进波。
电厂的运行方式为：
a）1号和2号主变压器投入运行，当雷电流从蓄增线侵入时，5001、5016A和5016B开关合，其他开关断开；当雷电流从蓄罗线侵入时，5002、5016A和5016B开关合，其他开关断开。
b）3号和4号主变压器投入运行，当雷电流从蓄增线侵入时，5003、5036A和5036B开关合，其他开关断开；当雷电流从蓄罗线侵入时，5004、5036A和5036B开关合，其他开关断开。
c）所有开关合上，4台主变压器全部投入。
计算的结果见表3。
从表3的结果可以看出：
a）1号、2号或3号、4号仅2号变压器运行时，变压器上的过电压都在1 000 kV电压左右，最大可达1 143 kV，最小也有978．74 k V；当所有变压器都投入时，只有雷击蓄罗线2号杆塔时才达到最大值1 009．26 k V，最小仅为536．66 k V；计算模拟的雷击情况下在变压器上产生的雷电过电压低于变压器的雷电冲击耐受水平1 550 k V，应该不会对运行良好的变压器造成损害。
b）母线避雷器的10 kA下的残压为1 101 kV，而雷电作用在避雷器上的过电压最大则为982 kV（母线1）和1011 kV（母线2），说明在计算所考虑的雷击情况下，避雷器会动作，而且流过避雷器的雷电流接近10 kA。也正是由于避雷器的保护，限制了变压器的过电压。这表明了设计中进行的避雷器位置的布置可以保护到变压器免受雷电的侵害。
c）由于1号杆塔的接地电阻远小于2号杆塔的接地电阻，因此雷击1号杆塔时产生的过电压比雷击2号杆塔时要小得多。譬如在所有变压器运行时，雷击蓄增线1号杆塔的变压器过电压最大为589 k V（1号变压器），雷击2号塔的过电压值则为887 kV（4号变压器），是前者的1．5倍，说明了较低的接地电阻有利于雷电的防护。
d）对于模拟计算考虑雷直击2 k m外的线路的情况，由于导线和进线电缆的影响使得作用在变压器上的过电压不大，最大有1 131 kV，最小为653 kV，不会导致变压器的损坏。
4 结论
通过对广州蓄能水电厂的雷电过电压的模拟计<
摘 要：通过EMTP程序计算了广州蓄能水电厂500 k V GIS电气设备在雷电流沿导线侵入时产生的过电压，结果表明所产生的过电压低于设备的雷电冲击绝缘水平，证明了雷电侵入波并不是1号主变压器损坏的直接原因。
关键词：雷击；过电压；变压器；计算
中图分类号：TM866 文献标识码：A
广州蓄能水电厂500 k V电气设备采用SF6气体绝缘全封闭组合装置（GIS），一期工程有4台主变压器、两条环行母线及两条出线（蓄增线和蓄罗线）。近年来，发现两条出线的避雷器有动作显示，且1号、2号主变压器相继发生事故，故障点均发生在高压引线处。为弄清是否为线路上的雷电侵入波所造成，本文通过计算机的通用电磁瞬态程序（简称EMTP），对从线路上来的雷电侵入波引起的变电站中的过电压进行分析和研究。
1 计算的参数模型
主变压器故障发生在1997年12月，根据广东雷电定位系统的记录，1997年12月广州地区的落雷情况为：雷电数为240，最大雷电流为110KA，最小雷电流为3.3KA。计算时采用幅值为110KA、雷电电流波形为2/50μs的模型。雷电通道的电阻取300Ω。
计算时采用单相模型。蓄增线和蓄罗线的型号为4×LGJ－300，地线为SACA－95／55。实测线路参数为：Z＝263．7Ω，波速v＝2．9×108 m／s。
参照上海交通大学、广东水利电力勘测设计院《广州抽水蓄能电站500 kV电器设备雷电侵入波保护模型试验、绝缘配合数值计算分析研究报告》，假设杆塔的波阻抗为191Ω。杆塔高度和接地电阻见表1。
绝缘子串型号为XP－16型，站内及线路杆塔用绝缘子30片。计算中采用武汉高压研究所拟合的绝缘子串放电电压伏秒特性如下：
Ufc＝2 400＋800e－t／4＋1 600e－t／1．5＋2 000e－t／0．8＋1 700e－t／0．25．
线路避雷器的型号为FS2B444Z，额定电压为444 k V；母线避雷器的型号为FSB420，额定电压为420 k V。其特性如表2。
采用指数函数i=p(u/uref)q进行模拟。按照EMTP程序的要求，uref取额定电压的2.0倍，则
常数εr＝3．52）。对于GIS，其外径为540 mm，内径为12 mm，于是得到其波阻抗Z＝66Ω，波速v＝2．68×10 m／s。主变压器的入口电容为7300 pF，耦合电容为5000 pF。
于是便得到计算电路图如图1所示。
2 研究内容及计算结果
考虑近区雷击，雷击点选择如下：雷击1号杆；雷击2号杆；在出线的2 km外直击线路。雷电分别由蓄增线和蓄罗线进波。
电厂的运行方式为：
a）1号和2号主变压器投入运行，当雷电流从蓄增线侵入时，5001、5016A和5016B开关合，其他开关断开；当雷电流从蓄罗线侵入时，5002、5016A和5016B开关合，其他开关断开。
b）3号和4号主变压器投入运行，当雷电流从蓄增线侵入时，5003、5036A和5036B开关合，其他开关断开；当雷电流从蓄罗线侵入时，5004、5036A和5036B开关合，其他开关断开。
c）所有开关合上，4台主变压器全部投入。
计算的结果见表3。
从表3的结果可以看出：
a）1号、2号或3号、4号仅2号变压器运行时，变压器上的过电压都在1 000 kV电压左右，最大可达1 143 kV，最小也有978．74 k V；当所有变压器都投入时，只有雷击蓄罗线2号杆塔时才达到最大值1 009．26 k V，最小仅为536．66 k V；计算模拟的雷击情况下在变压器上产生的雷电过电压低于变压器的雷电冲击耐受水平1 550 k V，应该不会对运行良好的变压器造成损害。
b）母线避雷器的10 kA下的残压为1 101 kV，而雷电作用在避雷器上的过电压最大则为982 kV（母线1）和1011 kV（母线2），说明在计算所考虑的雷击情况下，避雷器会动作，而且流过避雷器的雷电流接近10 kA。也正是由于避雷器的保护，限制了变压器的过电压。这表明了设计中进行的避雷器位置的布置可以保护到变压器免受雷电的侵害。
c）由于1号杆塔的接地电阻远小于2号杆塔的接地电阻，因此雷击1号杆塔时产生的过电压比雷击2号杆塔时要小得多。譬如在所有变压器运行时，雷击蓄增线1号杆塔的变压器过电压最大为589 k V（1号变压器），雷击2号塔的过电压值则为887 kV（4号变压器），是前者的1．5倍，说明了较低的接地电阻有利于雷电的防护。
d）对于模拟计算考虑雷直击2 k m外的线路的情况，由于导线和进线电缆的影响使得作用在变压器上的过电压不大，最大有1 131 kV，最小为653 kV，不会导致变压器的损坏。
4 结论
通过对广州蓄能水电厂的雷电过电压的模拟计<
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