亭子口水利樞紐電站500kV角形接線GIS設計探討

該電站接入一次電壓為500 kV的電力系統。 本期1條出線通過擬建500kV巴中變電站接入500kV達州變電站。 線路長度約210公里，導體截面4400毫米。 留1條500kV出線接入廣元變電站。 考慮到電站并網發電后超前運行可能造成廢水流失，預留了500kV高壓電抗器接口及安裝位置。 在初期一根出線的情況下，電站500kV高壓側有兩進一出，形成三角形接線。 設置隔離開關和預留接口，供后期四邊形接線使用。 后期建設第二條出線時，只需增加1個高壓斷路器即可成為最終的四邊形。 首條500kV臺達電氣主接線僅配備3臺高壓斷路器和7臺隔離開關。 高壓配電裝置采用SF6氣體絕緣金屬封閉組合電器（以下簡稱GIS）。 亭子口水電站主要電氣接線圖如圖1所示（虛線部分為預留設備）。 根據電氣主接線前期和后期的特點，在設計GIS時，需要同時考慮初期和后期的接線方式來配置設備的性能參數，以及兩者之間的平滑過渡。早期和晚期階段。 設備布局基于最終的四邊形布線方式。 執行。 結合近年來大型水電站高壓配電裝置的設計、制造和運行經驗，認為電站GIS設備選型和設計的主要問題或難點主要集中在避雷器上配置（過壓計算）和隔離開關操作引起的VFTO。 、斷路器合閘電阻的使用、角接線中鐵磁諧振的預防等。

電站500kV GIS配電裝置進線連接至主變高壓套管。 在兩個架空出線端各安裝一組戶外氧化鋅避雷器，保護電站首端免受雷電侵入波過電壓的影響。 站內GIS采用四邊形終端接線布置。 雖然斷路器和隔離開關數量不多，但母線較長，單相母線總長度超過200m。 電壓側雷電侵入波過電壓防護范圍大。 對于該站，需要盡量減少GIS配電裝置中避雷器的配置，有效保護所有高壓電氣設備。 這是設計中面臨的挑戰，需要分析和研究。 基于上述原則，GIS避雷器初步布置方案為：在兩個聯合單元進線的聯合母線上設置一組避雷器，保護高壓配電裝置免受雷擊和操作過電壓的影響。 角連接母線上未安裝避雷器。 。 在獲得各GIS組件、架空出線塔及其他相關設備和線路的準確參數后，利用EMTP計算程序對雷電過電壓保護和避雷器配置進行計算和研究。 計算初始出線、4波等：亭子口水電站500kV角接線GIS設計討論中的幾種典型運行方式，即1.等效電路模型計算如圖2所示，研究計算結果為如表1所示。500kV開關站工程初期，等效接線及電氣距離Tr為主變壓器，MOA為避雷器，CVT為電容式電壓互感器，PT為電磁式電壓互感器，DS為隔離開關，CB為斷路器； 2、圖中下劃線數字為GIS管道或架空線路的電氣距離，單位為米。

本期500kV開關站典型工況下最大反擊侵入波過電壓/kV kV 最大雷電過電壓計算值/kV 設備雷電沖擊耐受電壓/kV 絕緣主變 1342 1 15 斷路器 1 1550 37 隔離開關 1 1550 32 電容式電壓互感器 1 1550 42 電磁電壓互感器 1053 999 1053 1550 47 套管 1051 977 1051 1675 59 電站 500 kV 開關站設備，包括主變、斷路器、隔離開關、電容式電壓互感器和電磁 額定雷電沖擊初始值該型電壓互感器耐受電壓為1 550 kV，出線套管額定雷電沖擊耐受電壓初始值為1 675 kV。 考慮到設備老化等因素，應取一定值。 裕度系數作為設備絕緣保證強度的判據。 根據GB311《高壓輸變電設備絕緣配合》的規定，裕度系數通常為15。因此，500kV開關站的初始防雷方案可以滿足開關站的防雷要求。 工程后期，隨著出線數量的增加，分流效果也會增強。 這樣，開關站的防雷效果就會更好。 本期工程防雷方案能夠滿足工程長期防雷要求。

根據最終計算結果，500 kV避雷器配置方案為：在一次線路出線套管附近安裝一套敞開式避雷器，在兩臺主變聯合機組進線處安裝一套GIS罐式避雷器。 也就是說，一共安裝了1套瓷柱避雷器和2套GIS罐避雷器。 VFTO計算分析 VFTO是由于GIS內部進行開關操作（隔離開關、斷路器、負荷開關、接地開關）而引起GIS內部放電而產生的極快暫態過電壓，主要是10MHz）； 過電壓幅值較大。 VFTO嚴重時，可能會損壞變壓器縱向絕緣或GIS設備絕緣。 近年來，VFTO的研究已成為高壓領域的一個重要課題。 汀子口水利樞紐電站主接線較為簡單，主變壓器布置在GIS下方，通過套管直接連接，距離較短。 根據VFTO產生的一般規則，該電站發生高幅VFTO的概率較高。 因此，利用電磁暫態程序來計算和研究GIS中可能出現的VFTO現象。 根據電站的接線角度，隔離開關的分閘操作方式有6種。 分別計算了GIS內部部件在這些模式下的VFTO力。 計算結果（最大值）、允許值、安全裕度等參數如表2所示。可以看出亭子口水電站，在各隔離開關操作方式下，GIS設備中VF的最大峰值為1053 kV，即低于其保證的絕緣強度。 與550kV設備的雷電沖擊絕緣水平相比，仍有32%的安全裕度。

GIS設備 VFTO計算結果 開關站設備雷電沖擊絕緣水平/kV 絕緣保證強度系數/kV VFTO最大值/kV 安全互感器 1550 507 67 斷路器 1550 1053 32 隔離開關 1550 988 36 電容式電壓互感器 1550 496 68 電磁式電壓互感器1550 769 50 出線套管 1675 753 55 長線路斷路器合閘電阻設置為500 kV電壓等級電網，合閘長空載線路時，特別是電源電壓幅值與線路殘壓異相時，由于系統參數的突變和電網電磁能的振蕩，引起較大的過電壓。 為了限制這種合閘過電壓，可以使用帶有合閘電阻的斷路器。 其原理是利用合閘電阻吸收電網中的部分電能，轉化為熱能，達到削弱電磁振蕩、限制過電壓的目的。 電站現有達州變電站500kV輸電線路長約210公里，導線截面為400mm。 根據電力行業標準DL/620《交流電氣裝置過電壓保護和絕緣配合》的要求，500 kV系統應預計有導電線路單相重合閘時線路上產生的相對地操作過電壓進行統計計算，檢查線路的絕緣水平是否滿足運行過電壓要求。 工作過電壓不應大于2. kV。

結合電站500 kV輸電線路實際情況，對空線合閘和單相重合閘時相地和相間過電壓的統計值進行了研究。 根據統計值，空線合閘、單相重合閘時，線路兩端最大相地過電壓為1.99，相間過電壓為3.53，最大相間過電壓為1.99。線路中部對地過電壓為2.28。 可見線路中部最大相對地過電壓為2.28。 過電壓超過標準要求值2。500kV斷路器的合閘電阻一般為400Ω。 表3為亭子口水利樞紐電站和達州變電站斷路器安裝合閘電阻后合閘操作時的過電壓值。 接入系統模式操作斷路器 過電壓 單相重合閘 過電壓 相對地 相間 相對地 大模式 亭子口發電廠/達州變電站 亭子口發電廠 15 號線 達州變電站 可以看出，安裝合閘電阻后斷路器合空線、單相重合閘時，線路兩端最大相地過電壓和相間過電壓均為2.30； 線路中部最大相對地過電壓為1.60，相間過電壓為2.38。 近年來對鐵磁諧振的研究，一些采用3線、角接線的水電站GIS中出現了電壓互感器（PT）的鐵磁諧振現象，給GIS設備的運行帶來了很大危害。 據分析，上述接線中，主變壓器進出線的電壓互感器連接在兩組斷路器之間，即“T區接線”。 這種接線方式，當“T接法”的斷路器合閘、分閘，進線/主變進出線開路時，很容易造成GIS母線電容和均壓電容斷路器使 PT 放電并引起鐵磁諧振。 嚴重時可能會燒毀GIS設備。

亭子口水電站主接線末期采用四邊形，本期采用三角形（一出線）。 兩者均具有上述“T型接線”形式。 因此，必須根據接線形式和GIS設備特性對鐵磁共振進行分析。 為避免這一現象，該電站在選用500kV GIS斷路器時，充分考慮了角接線中的鐵磁諧振問題，因此采用了單斷口斷路器。 該型斷路器斷口兩側沒有并聯均壓電容器。 GIS電路只有極間電容和母線對地電容。 與雙斷路斷路器的均壓電容器相比，電容值很小，振蕩電路沒有足夠的容量。 能量，因此不滿足鐵磁共振發生的條件。 電站GIS布局確定后，GIS廠家進行了鐵磁共振分析計算。 結果驗證了上述判斷，即電站GIS不存在鐵磁諧振情況，無需安裝諧振抑制裝置。 亭子口水利樞紐電站自2013年投入運行以來，GIS設備經過了各種工況下的測試和運行，設備運行狀況良好。 作為嘉陵江流域的大型水電工程，其500 kV GIS選型設計具有一定的代表性。該設計充分考慮了避雷器配置、VFTO、合閘電阻選型和抗鐵磁共振措施。 這些都是當前大型電站或變電站GIS設計中存在的典型問題。 其研究方法和解決方案具有一定的代表性，反映了大型水電工程中高壓配電裝置技術的最新進展和發展，可以為其他大型水電工程的GIS設計和制造提供疑難解決方案。

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