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电站中避雷器与变压器之间的分离间距

  避雷器的位置距离变压器多远时仍然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。(图1:高压变电站中,典型的避雷器-变压器配置图。)

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  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。

  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。

  TEEE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。

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  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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