电站中避雷器 与变压器之间 的分离间距

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避雷器的位置距离变压器多远时仍可以确保足够的保护裕度?答案并不那么简单, 而且需要对此进行一些说明。一个经验法则是 “将避雷器安装在尽可能靠近变压器 套管的地方”。实际上, 尽管并非总是可以做到, 这是我一贯主张的, 特别是在更高的 系统电压下。

当电压为400kV或以上时, 避雷器太大, 变压器的箱体无法轻松地承受其体积和重量, 而必须安装在分离的基座上。此外, 如果变压器必须安装在维修时易于移动的地方, 也需要此类 ‘延长的’ 间隔距离。为此目的而设的进出通道可以导致避雷器与变压器 之间的间隔距离达到30m。

图1:高压变电站中,
典型的避雷器-变压器配置图。

遗憾的是, 当快速上升的冲击波沿架空输电线路以接近光速侵入电站时, 这种量级的 分离间距 (或保护区域) 会降低保护作用。当冲击击中避雷器时, 电压确实降低, 但没 有降到零, 充其量降到避雷器的放电电压。该冲击电压通过避雷器向前传播, 在变压 器处反射, 如果分离间距足够大, 将会导致冲击电压翻倍。虽然在大多数情况下, 反 射电压仅比来波冲击提高几个百分点, 但是正是这种行波反射现象与相关的反射因 素凸显了分离间距的重要性。

IEEE避雷器应用导则C62.22提供了帮助, 在IEC60099-5中给出了一些建议。C62.22 中给出的一个公式帮助确定避雷器仍能达到15%保护裕度的最远放置距离。为了以 图像的形式解释这个公式的工作原理, 使用我偏爱的暂态程序ATP, 给出了避雷器与 500kV变压器套管的间距分别为1m (图2), 15m (图3) 与30m (图4) 时的仿真结果。 其余参数都相同, 选择的参数仅表示电站中简单的绝缘配合。避雷器安装在基座上, 其底部与地面的距离为5m, 顶部与引入线的距离为1m。

图2.
图3.
图4.

如图2所示, 正如期望的那样, 避雷器与变压器的电压相同, 峰值为1326kV。对于BIL 为1550kV的变压器, 保护裕度为16%, 达到了IEC与IEEE提出的最低要求。在图3的仿 真中, 避雷器与变压器套管的距离为15m, 其保护裕度降到仅为8%, 低于标准的最低 要求, 但仍不高于变压器1550kV的BIL值。

从图4中可以清楚地看出, 间隔距离30m将导致变压器的电压超过其耐受水平 (BIL) , 这意味着, 这种情况下快速上升的冲击进入电站很可能造成严重损坏。

因此, 无论什 么原因致使有必要将避雷器安装在距离变压器套管30m的位置, 必须规定使用更高 耐受值 (BIL) 的避雷器。 对于电站内其它设备, 也需要考虑间隔距离。例如, 如果CCVT, CVT, PT或者断路器 被安装在一条短线的末端, 它们也将承受与上述变压器相同的暂态过电压。因此, 理 想的做法是也应该安装避雷器来保护它们。实际上, 保护高价值设备免受暂态波的侵 害是电站设计中很重要的一部分, 并且在距离受其保护设备适当的位置上安装避雷器 对于确保在每种情况下提供足够的保护裕度至关重要 。

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