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北极星电力网技术频道 作者:佚名 2007/12/26 21:32:29
国家电力公司武汉高压研究所(武汉430074)谷定燮
摘要我国现行的500kV输变电工程设计中雷电过电压计算(包括变电所雷电侵入波、线路防雷等)的一些方法过于陈旧，跟不上世界科学技术的发展，应当修改。为此，根据现有方法存在的缺点，提出了新的观点和建议。
关键词500kV输变电雷电过电压
0前言
我国在500kV输变电工程设计方面做了大量的研究工作，取得了很大的成绩，但也有不足。本文着重就500kV输变电工程设计中的雷电过电压方面的问题提出一些看法。
1500kV变电所雷电侵入波保护
1.1雷击点
我国规程规定只计算离变电所2km以外的远区雷击［1］，不考虑2km以内的近区雷击。而实际上对变电所内设备造成威胁的主要是近区雷击。2km以外的雷击，雷电波在较长距离传送过程中的衰减和波头变缓，在站内设备上形成的侵入波过电压较低，以它为考察的主要对象不合适。这可能是沿袭中压系统和高压系统作法，认为进线段有避雷线或加强绝缘，不会因反击或绕击而进波。实际上，进线段和非进线段并无本质差异，完全可能受雷击而形成入侵波。
在美国、西欧和日本以及CIGRE工作组，均以近区雷击作入变电所侵入波的重点考察对象。
我们所进行大量500kV变电所侵入波的研究，也均是以近区雷击为主要研究对象，同时也考虑远区雷击。大量研究表明，近区雷击的侵入波过电压一般均高于远区雷击的侵入波过电压。
有人认为雷击#1塔会在变电所形成最严重的侵入波过电压，以此为近区雷击。这种想法在某些情况下可能是正确的，但在我国，大多数情况下不合适。大量研究表明，#１塔和变电所的终端门型构架(也称#0塔)距离一般较近，雷击#1塔塔顶时，经地线由#0塔返回的负反射波很快返回#1塔，降低了#1塔顶电位，使侵入波过电压减小。而#2、#3塔离#0塔较远，受负反射波的影响较小，过电压较高。所以仅计算雷击#1塔侵入波过电压不全面。
进线段各塔的塔型、高度、绝缘子串放电电压、杆塔接地电阻不同，也造成雷击进线段各塔时的侵入波过电压的差异。
根据经验，一般为雷击#2或#3塔时的过电压较高。建议我国现有规程对原以考虑2km以外的雷击改为主要考虑2km以内雷击，或者兼顾近区和远区雷击，以近区雷击为主。
1.2雷电侵入波计算方法
过去受条件限制，主要依靠防雷分析仪来确定侵入波过电压。模拟在2km处施加一个幅值等于绝缘子串雷电放电电压U50的直角波，测量变电所内设备上的过电压,后改用计算机计算。有人主张沿用防雷分析仪的办法。该方法的理论基础是侵入波过电压幅值不能大于绝缘子串的放电电压U50，这个基础可能和只考虑2km以外的雷击有关。如考虑近区雷击，雷电流在导线上形成的侵入波过电压幅值完全可能超过绝缘子串的临界放电电压U50。一是此过电压波头较陡，放电电压较高；二是耐张塔放电电压高。所以，这个方法的前提条件不成立。
建议采用国际上通过的方法，由雷击时分流进入导线的雷电流幅值和波形，并考虑其它因素，如工频电压、耦合电压等，直接确定导线上侵入波过电压。
1.3最大雷电流计算值
若用防雷分析仪法，勿需确定雷电流的最大值，如前所述，此方法不合适。
若采用国际通用法，则需确定最大雷电流的计算值。我国规程尚无此规定，此值太高，造成浪费；太低则不安全。日本统计的雷电流幅值比较低，P(I0)=0.0475e(-I0/120) 0.001e(-I0/150),在500kV系统中，最大雷电流计算取150kA。西欧一些国家取250kA。此值的选取要结合国情，根据中国的雷电流幅值分布概率，建议取最大雷电流计算值为210～220kA。大于或等于它的概率为3.16‰～4.11‰。
1.4绝缘裕度
用惯用法计算时，在雷电侵入波过电压作用下，变电所内设备绝缘宜留多大裕度?我国规程没有规定。各单位对此的要求也不甚相同。建议参考IEC71—2标准［2］，内绝缘裕度取1.15，外绝缘取1.05～1.0。
1.5变电所的雷电平均无故障时间
用惯用法计算最大雷电侵入波过电压时，未考虑变电所不同运行方式的出现概率，也未计及各种雷电流幅值、进线段杆塔绝缘子串闪络和变电所内不同过电压的出现概率。这是惯用法的缺点。采用统计法则可以克服此缺点。但用统计法计算变电所的耐雷指标(或称平均无故障时间)时，我国也无统一规定。
CIGRE工作组认为，当前可接受事故率的典型值为0.1～0.3。设计的故障率应在此范围内。MTBF应在300～1000a之间［3］。我国500kV电网结构不很强，运行水平较低，建议MTBF取800～1000a，这也是我国一些电力运行部门所希望的。(待续）
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