DQZHAN技術訊：電站中避雷器與變壓器之間的分離間距
避雷器的位置距離變壓器多遠時仍然可以確保足夠的保護裕度?答案并不那么簡單，而且需要對此進行一些說明。一個經驗法則是“將避雷器安裝在盡可能靠近變壓器套管的地方”。實際上,盡管并非總是可以做到,這是我一貫主張的,特別是在更高的系統電壓下。（圖1:高壓變電站中,典型的避雷器-變壓器配置圖。)
當電壓為400kV或以上時,避雷器太大,變壓器的箱體無法輕松地承受其體積和重量,而必須安裝在分離的基座上。此外,如果變壓器必須安裝在維修時易于移動的地方,也需要此類‘延長的’間隔距離。為此目的而設的進出通道可以導致避雷器與變壓器之間的間隔距離達到30m。
遺憾的是,當快速上升的沖擊波沿架空輸電線路以接近光速侵入電站時,這種量級的分離間距(或保護區域)會降低保護作用。當沖擊擊中避雷器時,電壓確實降低,但沒有降到零,充其量降到避雷器的放電電壓。該沖擊電壓通過避雷器向前傳播,在變壓器處反射,如果分離間距足夠大,將會導致沖擊電壓翻倍。雖然在大多數情況下,反射電壓僅比來波沖擊提高幾個百分點,但是正是這種行波反射現象與相關的反射因素凸顯了分離間距的重要性。
IEEE避雷器應用導則C62.22提供了幫助,在IEC60099-5中給出了一些建議。C62.22中給出的一個公式幫助確定避雷器仍能達到15%保護裕度的*遠放置距離。為了以圖像的形式解釋這個公式的工作原理,使用我偏愛的暫態程序ATP,給出了避雷器與500kV變壓器套管的間距分別為1m(圖2),15m(圖3)與30m(圖4)時的仿真結果。其余參數都相同,選擇的參數僅表示電站中簡單的絕緣配合。避雷器安裝在基座上,其底部與地面的距離為5m,頂部與引入線的距離為1m。
如圖2所示,正如期望的那樣,避雷器與變壓器的電壓相同,峰值為1326kV。對于BIL為1550kV的變壓器,保護裕度為16%,達到了IEC與IEEE提出的*低要求。在圖3的仿真中,避雷器與變壓器套管的距離為15m,其保護裕度降到僅為8%,低于標準的*低要求,但仍不高于變壓器1550kV的BIL值。
從圖4中可以清楚地看出,間隔距離30m將導致變壓器的電壓超過其耐受水平(BIL),這意味著,這種情況下快速上升的沖擊進入電站很可能造成嚴重損壞。因此,無論什么原因致使有必要將避雷器安裝在距離變壓器套管30m的位置,必須規定使用更高耐受值(BIL)的避雷器。
對于電站內其它設備,也需要考慮間隔距離。例如,如果CCVT,CVT,PT或者斷路器被安裝在一條短線的末端,它們也將承受與上述變壓器相同的暫態過電壓。因此,理想的做法是也應該安裝避雷器來保護它們。實際上,保護高價值設備免受暫態波的侵害是電站設計中很重要的一部分,并且在距離受其保護設備適當的位置上安裝避雷器對于確保在每種情況下提供足夠的保護裕度至關重要。
