220kV线路出线侧加装避雷器的必要性分析

第31卷第3期2016年9月电力科学与技术学报JOURNALOFEIECTRICPOWERSCIENCEANDTECHNOLOGYVol.31No.3Sep.2016220kV线路出线侧加装避雷器的必要性分析喻莹4國_:家电网湖龙餐©SS:修公1，湖並.武®43神00摘要：2如kV线路出=线侧的断路器易_:发;霜裔_故，总鍾避雷害事故的4大_原因」，论.述输电:线路绝緣.水平的提高与雷倉事象之间的关系，身爾过ATP#真分析当输电线路绝缘水淨提*启,在靈电侵入據作_用卞,线路侧侵人变电站的霄秦彼輻值有斯增加:由于避雷器的保护•断路器不会发柒雷翁敢电现象关键词：热备甩断路器;雷t■过_电.雇_;:鐵路绝缘來平、•.避雷器中图分类号：TM§B..5文献标识码：A文章编号：l_67_3-9M(K2Gl_6__)0:3-0:ia6-〇4Necessityanalysisforinstalledlightningarresterattheendof220kYtransmissionlineYUying(StateGridHubeiCorporationMaintenanceCompany»Wuhan430000»China)Abstract：Accordingtothephenomenonoflightningstriketoacircuitbreakerattheendof220kVtransmissionline?fourmainreasonsoflightningaccidentwereconcluded?andtherelation­shipbetweentheinsulationleveloftransmissionlineandlightningaccidentwasdiscussedinthispaper.ATPsimulationresultsshowthataftertheinsulationlevelimproved,thelightningampli­tudevalueofthelineincreased?thehotstandbycircuitbreakerwouldnotbestruckbecausetheprotectionofthelightningarrester.Keywords：hotstandbycircuitbreaker；lightningover-voltage;insulationleveloftransmissionline;lightningarrester雷害事故在电力系统事故中占有很大的比例。据统计，在中国高压输电线路运行中，由雷击引起的跳闸事故占总跳闸事敢的40%〜7〇M;[1—2]，它不仅会危害供电线路以及发、变电站的电气设备•还会导致:画親.停电，造成电力部门的重大蠢济损失，收稿日期：2〇W—03—12通讯作者：喻萤（1983—）女，硕士，工程师，主要从事高电压绝缘与测试、防雷与接地的研究；E-mail:[e-mail]第31卷第3期喻莹：220kV线路出线侧加装避雷器的必要性分析1371雷害事故现象近年来，撕北电网503kV敞并式悲电'站的220kV出线端的霄电侵人波事故时有发生•导致电网停电损失和出现变电设备损坏故障6由于电网受雷电强度增大、线路热备用及多重雷击影响•变电站出线未裝避雷器的线路开关断W绝缘击穿受损问题突出a201Q:年7耳28日咸t变电站咸乌一间线B相讀故障引起咸3.3ff:=关跳阐，由f_241ms磨咸鸟一P线再度感受到B相故障电流（遭受第2次當審在雷电过电M的冲击T，.咸35断路器单断口发坐击穿，此时威35=开关处手分位，满足220kV失灵保护动作条件，结果导致接在3#母线上的开关全部跳开》禽晚进行的试验测试表明，咸35B、相断路器绝缘性能已不满足技术参数要求，气体成分分析试验说明该开关曾发生过大电流放电故障y上述试验分析说明•咸35B相开关在跳并后线路再次发生雷击故障时.受雷电过电压冲击闪络而发生的3#母线跳闸事敖.62..01Q年8.J.S日2.3.时3f)分=大吉变电城220kV吉张二回线和貪27母联开关同时跳闸，同时vf张一C：线方向出现巨响和闪光现场检查发现吉《开关A相灭弧室爆炸，并关与CT间连接硬母脱落v220kV吉27母联并关三相跳闸，220kV省27开关及220kV3,4,5,6#母线单元设备无明显重大异常，但运行设备有多处瓷瓶轻微受损^对这两起事故的分析可得•事故发生的原因都是多重蕾击造成断路器跳闸后导致的。由于湖北电活动强烈■电网运行方式复杂，防雷I作存在特殊性.，若不加装架空出线避雷器保护，敞开式变电站雷电侵人波事故率及耐雷指标都会大大低予東常运行标准，因此，必须按照地区雷电强度和电网运行方式差别，在规程上:适当提高防雷标准，以加强雷电侵人波保护，防止线路遭受貧击导致开关断W发生:击穿事故，趙着癍高孩电站运行安全:的可靠性，2侵入波事故原因分析500kV敞开式变电结..22〇kV'..出:线侧的蕾_.侵入波事故率明显裔于一般运行水平究其原属5.主荽宥4=个方面：1)湖北雷电活动强烈，雷电强度呈上升趋势。湖北山区较多，水资源孝:富，a高温天气持续时间长•对于形成大雷和多蕾是极其有利的。以g:昌三峡地区为例，近10年_靈_活动顧度和1|电流.帳值:的概率分布都逄疆，上升趋势的。三峡地区2000—20卯_:_雷电主放:电次数方框曹如图:1所示„2000200120022003200420052006200720082009时间/年图12:000—2:0«年三决地区雷电主放电数据Figure1MaindischargedataintheThreeGorgesareaduring2000—20092)输电线路遭受多重霄击，从而造成出线断路器常处于热备用状态。湖北电网结构复杂，输电线路纵横交错。当线路热备用运行时•断路器处于暂时开断状态y线路落雷.后，.雷电慑人波可能造成开关断口击穿。处于正常运行开关在线路遭受多重雷责时•也会发生类似断口击穿事故，即线路遭受第1次曾击开关跳闸后，在童合闸期间线路再次遭受雷击，导致开关断_w绝缘斑穿，线路开关损坏的原因是_'于热备用开关及故障跳闸开关断CI处于暂时分闸状态，母线避雷器无法对开关断口,进行有效保护.侵人波传至处子开路的开关断口时•发牽行波全反射*断口承受的过电压幅值将增加到侵人波电压的2倩.导致开关断a内或外绝缘不能承受而击穿•随后在x频电弧作用下可能发生爆炸。若増加绝缘子片数，串长增大.保护角虽随之减小，但根据电气几何模型中的闪击距离随雷电流増加而增大的特性.雷电绕击概率会提高、3)昉污调爬及防雷改造，线路绝缘水平提高。为了防止电网出现大面积污闪•一些线路进行了防污调爬.如增加绝缘乎片数.采甩大爬距、复合绝缘子及其他防污绝缘子、防污涂料等，线路的绝缘水平相应得到了提高，从而使线路耐雷水平也得到了提138电*嵙学与技术学报2wtl年SJ高，线路侵人波幅值明显增加。4)SFs断路器的断口开距小，变电站无油化改漳时*广泛采用SFs断路器，相对皁期油断路器•SFs断路器的断口并距小，在较大陡度雷电波作用下•断路器断口内绝缘强度可能低于外绝缘，导致断路器断口绝缘击穿故障&3线路绝缘水平与侵人波幅值的关系线路绝緣水平的提_有多种方式r例如增加绝缘乎片数、喷涂防污闪涂料、安装线路避雷器等措施，由于近年来变电站的侵人波事故主要是由雷电侵人波引起™•因此.输电线路的防雷改造对变电站的影响日益引起重视。自线路绝缘增强时•线路反击耐雷水平提高、反击概率减小„若增加绝缘子片数，串长增大，保护角虽随之减小，但根据电气几何模型中的闪击距离随雷电流增加而增大的特性，.雷电绕畓概率会提高。22〇_kV变电站典型雷电.冲击绝缘水平为950kV.不加竭浸人波保护，变电设备遭受侵人波损坏概率将大大増加„相关研究表明•线路调爬和防雷改造一般不会对变电站雷电冲击绝缘配合造成显著影响[6T,但会造成变电站避雷器的通流增大，避雷器的残压提髙s造成绝缘配合裕度减小。在安装T避雷器的变电站内.雷电过电压下变电站的绝缘配合是指一般电气设备内、外绝缘的全波额定雷电流冲击耐tt与避雷器标称放电电流下残压之间的配合。在线路绝缘提高后，長人变电站的雷电波幅值、陡度将会有所增大，这将导致通过避雷器的雷电流増加。一旦流过避雷器的雷电流大于其标称放电电流时•将会使原有的绝缘配合系数有所降低，甚至还会因为避雷器的容蘧不够而导致避啻器的损坏[*一10]。取220kV线路认。。，冲击闪络电压为.1350:k.V,:ii_霄器在10kA下_的残压为500kV.;波阻抗取为300n,由计算可知通过避雷器的电流为7.33kA。当调爬或者更换绝缘子使得线路U5。谬升高，雷电流幅值增太;若调爬后流经变电站出线侧避雷器的电流并未超出其原来的电流例如10kA，绝缘配合系数就仍可以保持原有的水乎。因此，增强线路绝缘后将会产多方面的影响，对线路而言〇反击率和绕击率都会有所降低，是正面影响;对变电站而言•流过避雷|器雷电流增大•会造成避雷器的残压升高*可能危及变压器等重要电气设备，.影'响变电站内的绝缘配舍,,产：生负面■影响:更严重的情况是.若未安装出线避雷器.则在出线断路器处于热备用状态时，由于在断:口处发生雷电波全反射•当线路绝缘水事每增加*则断路器上承受的过电压增加，对出线断路器的绝缘破坏较大。4出线侧避雷器的作用考虑断路器在热备用状态下，，當赍杆塔塔顶且向线路反击后•，雷电波沿线路进波的仿真计算模型[11]如图2所进线段采用三相模型，程序模拟单相（A相）进波情况..侵人波的幅值为对应的绝缘f50涔冲击放电电压《同时，为建立侵人波在断路器首端发生全反射的模型，模型中线路的阻抗设置得较小•近似为无损线路，图2雷_电波_餘真.模盤Figure2Simulationmodeloflightningstrike进线段无避雷器时的断路器过电i压幅值如表1所示S由于发生了全反射•当钱路绝缘水平增加100kv，断路器首端过电压幅值和两端过电压幅值均增加200kV.并m在无出线避雷器保护的方式下•即使线路的绝缘水平不増强.断路器上承受的过电压幅值仍远高f断路器雷电冲击耐K水平(950kV5，极有可能发生事故》表1逢线端未安■袭:避器的環电压Table1Over-voltagewithoutlightningarresterinstalledatthebeginningof220kVtransmissionlinekV断路器过电压幅值线路绝缘水平----------------------------------------------首端两端12002261.22440.813002450.22629.914002639.32818.915002828.33007.916003017.33169.9第31卷第_:3_期喻莹：220kV线路出线顧加:装赚雷器的必要.性分析139进线段加装避雷器蔚的断路器过电压幅值如表2所示，在安裝了出线避雷器后断路器两端及首端过电压幅值有了明显降低•并且随着线路绝缘水平的提高，断路器承受的过电压幅值増加得较小，几乎没有变化•而且考虑最严重的工频电压极性与霄电侵人波极性相反的情况，断路器上的过电压低予其雷电冲击耐压水平，流过避蕾器的电流和能量虽有所增大•但选择标称电流为10kA的线路避雷器就能提供足够可靠的保护。表2进线.端安装避雷器的过电压Table2Over-voltagewithlightningarresterinstalledatthebeginningof220kVtransmissionline线路绝缘断路器首端过断路器两端过电流过避雷器避雷器吸收水平/kV电压幅值/kV压幅值/kV的电流/kA的能量/kj1200469.1648.86.0212111300473.4653.36.6413841400477.7657.37.2615601500482.1661.77.8817281600486.4666.08.4719