110kV变电站防雷毕业论文

（2）电网单相接地引起中性点电位升高的稳态值应小于避雷器额定电压。该稳态值就是中性点的零序电压U0，可计算如下

U0??I0X0

因零序电流

I0?U?2X1?X0

故

X0X1U0??UX0?2?X1 （7-4）

式中的U?为相电压，X0、X1分别为零序、正序电抗。在中性点非直接接地电网中，X0/X1的值一般不超过3，以这种极限来计算，U0最大可达

U0?3U??0.6U??35%Ulm 2?3式中Ulm为最大运行的线电压，因此一般建议选取40%Ulm为避雷器额定电压。如果不满足这一条件，碳化硅避雷器将因承受电压过高，而出现分路电阻过热损坏甚至发生爆炸现象，氧化锌避雷器损耗增大，迅速劣化，也会发生爆炸事故。

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8 气体绝缘变电站（GIS）的过电压保护

8.1 GIS变电站

GIS的定义为：全部或部分采用气体而不采用处于大气压下的空气作为绝缘介质的金属封闭开关设备。它是由短路器、母线、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、套管7 种高压电器组合而成的高压配电装置。GIS组合电器特别适合在用地紧张的城市变电站、企业变电站、山区和污秽严重的地区使用。 GIS有下列特点：

（1）占地面积和空间占用体积大为减小。有更好的综合经济指标。安全可靠，人身安全，设备运行可靠。

（2）有利于环境保护。采用GIS可使运行人员不受电磁场辐射的影响。 （3）安装工作量小，检修周期长。因此，GIS在山区水电站、污秽地区配电系统和城市电网改革中得到广泛的应用，而且在空气稀薄的高海拔地区和地震频繁活动的地区，选用GIS也有着极为广阔的前途。

8.2 GIS变电所中的暂态过电压问题

在全封闭SF6气体绝缘变电站（GIS）中，隔离开关的操作会产生特快速暂态过电压（VFTO）。GIS致命的弱点：

（1）当刀闸切合操作会产生电弧重燃，触头间隙两端的电压在几毫微秒内突然跌落，该电压陡坡在GIS中产生行波，引起高频振荡而形成特快速瞬变过程（Very Fast Transient,简称VFT），从而产生特快速瞬变过电压（Very Fast Transient Over-Voltage,简称VFTO）。当VFTO严重时在GIS的不同部位，如隔离开关本身、间隙中、沿支持件、套管和变压器会出现故障。这不仅影响GIS本身运行的可靠性，而且对电力系统的其他高压设备的绝缘结构造成很大危害。例如，近年巴西的Graiau 500kVGIS变电站在运行的初期，就曾因隔离开关操作产

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生的VFTO造成GIS外壳内部的火花放电，500kV油纸套管的炸裂和变压器故障等。

（2）VFTO在GIS内部传播时，遇到与外部相联接的地方（即波阻抗不连续处）时，会发生波的折射和反射。当TFT由GIS向外部传播时，产生暂态地电位升高（TGPR），TGPR会造成人员受击，控制、保护设备的误动作和二次设备损坏等后果。

（3）沿GIS母线导管传播的VFTO和沿GIS壳体与接地系统的TGPR都会形成暂态电磁场，形成辐射骚扰。

当GIS与变压器相连时，VFTO对变压器的作用类似于冲击过电压。变压器的工频电压在绕组上的电压分布是按匝数分配。但由于VFTO过电压的波头部分频率很高，在高频VFTO的作用下，容抗远小于感抗，所以可以忽略感抗而仅考虑容抗的影响。由于各匝之间的串联电容和匝对地电容数值不同，其电容上电压的分布就有差异。

VFTO对避雷器和变压器的影响：

GIS中隔离开关操作引起的VFTO，虽然幅值不算太高（一般为系统电压的2倍左右），但其等值频率高、陡度大（有时可达73.69MV/?s,即使在变压器处也可达0.49MV/?s），该VFTO作用在避雷器上会产生很大的脉冲电容电流，从而可引起避雷器的频繁动作。而VFTO沿变压器绕组近似于指数分布，首端匝间绝缘将承受较高的电压；另外，VFTO所含的谐波分量较丰富，会在变压器绕组的局部引起谐振；加上积累效应等因素的影响，可能会使变压器绝缘发生击穿现象。

降低VFTO的主要措施有：优化GIS变电站设计；改进GIS变电站连接方式及优选参数，采用优良的隔离开关，隔离开关加装电阻等。

TGPR的危害

(1)对弱电设备产生骚扰，影响正常的功能，以致误动或拒动；

(2)对弱电二次设备的绝缘形成威胁，甚至击穿短路；也可能击穿GIS的某一绝缘

部件，乃至间隔造成接地短路事故。

(3)如果在暂态过程中触及“接地”的设备外壳（GIS外壳），就会感到刺痛或失控，危及人身安全。

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8.3 GIS变电站过电压保护自身的特点

GIS变电站采用保护性能优异的氧化锌避雷器来限制雷电过电压，特别是陡波过电压就具有重要意义。

(1)GIS的绝缘的伏秒特性教平坦，其冲击系数很小（为1.2～1.3），且其负极性击穿电压比正极性低。因此，GIS的绝缘水平主要取决于雷电冲击电压水平。

GIS变电站的绝缘与一般敞开式变电站的绝缘在伏秒特性及极性效应上的差异是因为它们的绝缘介质中电场分布不同而引起的。

一般敞开式变电站为空气绝缘，所需的间隙很大，高压电气设备周围的空气绝缘处于极不均匀的电场中，所以伏秒特性陡峭，雷电冲击绝缘水平高于操作冲击绝缘水平，两者比值高达1.6甚至更高；而且，由于棒电极电晕放电空间电荷的影响，使正极性击穿电压比负极性低（见图8-1）。而GIS变电站中的SF6气体绝缘处于均匀或稍不均匀电场中，SF6的冲击伏秒特性平坦，雷电冲击绝缘水平与操作冲击绝缘水平十分接近。在负极性时，导体电极附近的高场强使电子崩容易发展而形成击穿，故负极性击穿电压比正极性低（参见图8-1），所以GIS的绝缘水平决定于雷电冲击水平，降低雷电过电压，就是降低GIS变电站的绝缘先决条件。

(2)GIS变电站中的同轴母线筒的波阻抗一般在60～100Ω之间，远比架空线低，为此，从架空线侵入的过电压波经过折射，其幅值和陡度都显著减小，这对GIS变电站的防雷保护来说要比常规敞开式变电站更易实现，

(3)GIS变电站结构紧凑，电气设备之间的电气距离小，避雷器距被保护的电气设备较近，所以防雷保护措施要比常规变电站更为有利。

(4)GIS变电站内一旦发生电晕，其绝缘立即击穿，并且没有自恢复能力；而GIS本身造价又较常规变电站昂贵，所以，要绝对避免电晕的产生，其设备绝缘配合应留有足够的裕量。

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