500kV GIS变电站雷电侵入波过电压的计算分析

西华大学的研究人员杨海龙、陈鑫、李荷薇、张洛、刘雨晴，在2015年第1期《电气技术》杂志上撰文，500kV变电站的雷害事故是造成大面积停电的重要原因，因此对GIS型变电站进行雷电过电压研究是十分必要的。本文采用国际通用的电磁暂态程序ATP-EMTP程序对雷击进线段而引起的站内过电压水平进行计算分析，并探讨合理的方案在GIS中的应用，计算结果为500kV GIS变电站的防雷设计和运行提供了参考。

变电站是电网骨架的中枢点和输电线路的融汇点，在电力网络中占有极其重要的地位。随着科技水平的提高，GIS设备在由雷击造成的电力系统故障研究中的应用日益广泛。在进行变电工程设计时，考虑到变电站设备的绝缘水平较低，电气设备的绝缘不能自恢复，故要全面考虑过电压的保护问题[1]。

对于500 kV GIS变电站，因其容量大、占地面积相对较小、耗资昂贵、运行电压高，且GIS设备的封闭性对其检修难度大，一旦雷电侵入波在变电站运行设备上产生很高的过电压，将威胁电力系统的安全稳定运行。所以研究GIS变电站雷电侵入波过电压的计算分析有现实意义。

文章以国华电厂500kV GIS变电站为例，以500kV变电站的雷电侵入波过电压为模型，通过采ATP-EMTP计算程序对其研究和分析。同时将变电站和进线段结合起来考虑，分别对绝缘子串、进线端、GIS进行了模拟。

本文采用的是EMTP计算程序是世界范围内应用最为广泛的电磁暂态计算标准程序，ATP-EMTP的仿真分析,为变电站规划设计、试验研究以及调度运行提供了重要参考数据。

1 模型的建立（略）

2 过电压计算（略）

该变电站一期工程为两条出线，两回线路至主变压器，从母线I引一回线路至备用变压器。

以下计算的第一部分是考虑单回和双回出线经单母线至一台变压器不带备用变压器运行时的雷电侵入波过电压较高的严峻情况，多条进线和带双母线运行时，过电压水平会随之降低，引起雷击故障的可能性也就越小。

第二部分是对变电部分的实际运行情况的计算，即带热备用变压器运行。

第三部分是通过分析比较前面在母线上装设避雷器后的计算结果，发现站内设备侵入波过电压偏高后，改变避雷器配置方式而进行的计算，即母线无避雷器，在GIS套管至变压器出口侧加避雷器，带备用变压器运行。

由于第一基杆塔的耐雷水平大于240kA，故雷击杆塔由第二基开始计算。计算中过电压水平超过考虑绝缘裕度后的设备允许值用黑体标出，主要运行方式有六种，见图1～图6。

根据计算数据结果显示，

（1）在母线未装避雷器的情况下，在GIS套管至变压器出口侧加避雷器，带备用变压器运行方式GIS设备、变压器上的过电压明显降低，流过站内避雷器MOA的最大电流小于10kA，满足工程要求。

（2）采用双回路出线时，由于母线上出现数越多，对地电容越大，对雷电流的分流越大，设备上的侵入波过电压越低。

（3）影响变电站雷电侵入特性的因素较多且情况较为复杂，本文将变电站和进线段结合起来计算分析，区分了近区雷和远区雷，则将雷击#2杆的近区雷一直到雷击#6杆塔处的远区雷等多种因素综合考虑，更符合真实情形。经过电磁暂态计算程序的分析结果显示，大部分情形下一旦雷击于#2杆塔变电站入口时雷电侵入波在电气设备上产生的过电压幅值较高，其为变电站的防雷设计提供了参考。

综上，母线不装避雷器，在GIS套管至变压器出口侧加避雷器，带备用变压器运行方式在绝缘裕度允许范围内。

3 结语

通过计算分析发现，即便是母线上装设避雷器后，GIS雷电过电压和变压器的雷电过电压还是较高，使得GIS的绝缘裕度较小，并且在某些运行方式下，线路受雷击后，主变压器上的过电压会超过考虑绝缘裕度后的允许值。

同时，初步计算结果表明，在运行方式相同的情况下，取消母线避雷器而不加装GIS套管出口处避雷器时，各台设备上的过电压水平增加不多，因此可以认为母线避雷器限制过电压的效果不明显，可以取消。

通过计算结果，本文推荐第三种保护方式：即取消母线避雷器，但必须在GIS导管至两台主变压器和两台备用变压器侧出口处分别加装避雷器，可以满足变电站设备安全稳定运行。