亭子口水利枢纽电站500kV角形接线GIS设计探讨

该电站接入一次电压为500 kV的电力系统。 本期1条出线通过拟建500kV巴中变电站接入500kV达州变电站。 线路长度约210公里，导体截面4400毫米。 留1条500kV出线接入广元变电站。 考虑到电站并网发电后超前运行可能造成废水流失，预留了500kV高压电抗器接口及安装位置。 在初期一根出线的情况下，电站500kV高压侧有两进一出，形成三角形接线。 设置隔离开关和预留接口，供后期四边形接线使用。 后期建设第二条出线时，只需增加1个高压断路器即可成为最终的四边形。 首条500kV台达电气主接线仅配备3台高压断路器和7台隔离开关。 高压配电装置采用SF6气体绝缘金属封闭组合电器（以下简称GIS）。 亭子口水电站主要电气接线图如图1所示（虚线部分为预留设备）。 根据电气主接线前期和后期的特点，在设计GIS时，需要同时考虑初期和后期的接线方式来配置设备的性能参数，以及两者之间的平滑过渡。早期和晚期阶段。 设备布局基于最终的四边形布线方式。 执行。 结合近年来大型水电站高压配电装置的设计、制造和运行经验，认为电站GIS设备选型和设计的主要问题或难点主要集中在避雷器上配置（过压计算）和隔离开关操作引起的VFTO。 、断路器合闸电阻的使用、角接线中铁磁谐振的预防等。

电站500kV GIS配电装置进线连接至主变高压套管。 在两个架空出线端各安装一组户外氧化锌避雷器，保护电站首端免受雷电侵入波过电压的影响。 站内GIS采用四边形终端接线布置。 虽然断路器和隔离开关数量不多，但母线较长，单相母线总长度超过200m。 电压侧雷电侵入波过电压防护范围大。 对于该站，需要尽量减少GIS配电装置中避雷器的配置，有效保护所有高压电气设备。 这是设计中面临的挑战，需要分析和研究。 基于上述原则，GIS避雷器初步布置方案为：在两个联合单元进线的联合母线上设置一组避雷器，保护高压配电装置免受雷击和操作过电压的影响。 角连接母线上未安装避雷器。 。 在获得各GIS组件、架空出线塔及其他相关设备和线路的准确参数后，利用EMTP计算程序对雷电过电压保护和避雷器配置进行计算和研究。 计算初始出线、4波等：亭子口水电站500kV角接线GIS设计讨论中的几种典型运行方式，即1.等效电路模型计算如图2所示，研究计算结果为如表1所示。500kV开关站工程初期，等效接线及电气距离Tr为主变压器，MOA为避雷器，CVT为电容式电压互感器，PT为电磁式电压互感器，DS为隔离开关，CB为断路器； 2、图中下划线数字为GIS管道或架空线路的电气距离，单位为米。

本期500kV开关站典型工况下最大反击侵入波过电压/kV kV 最大雷电过电压计算值/kV 设备雷电冲击耐受电压/kV 绝缘主变 1342 1 15 断路器 1 1550 37 隔离开关 1 1550 32 电容式电压互感器 1 1550 42 电磁电压互感器 1053 999 1053 1550 47 套管 1051 977 1051 1675 59 电站 500 kV 开关站设备，包括主变、断路器、隔离开关、电容式电压互感器和电磁 额定雷电冲击初始值该型电压互感器耐受电压为1 550 kV，出线套管额定雷电冲击耐受电压初始值为1 675 kV。 考虑到设备老化等因素，应取一定值。 裕度系数作为设备绝缘保证强度的判据。 根据GB311《高压输变电设备绝缘配合》的规定，裕度系数通常为15。因此，500kV开关站的初始防雷方案可以满足开关站的防雷要求。 工程后期，随着出线数量的增加，分流效果也会增强。 这样，开关站的防雷效果就会更好。 本期工程防雷方案能够满足工程长期防雷要求。

根据最终计算结果，500 kV避雷器配置方案为：在一次线路出线套管附近安装一套敞开式避雷器，在两台主变联合机组进线处安装一套GIS罐式避雷器。 也就是说，一共安装了1套瓷柱避雷器和2套GIS罐避雷器。 VFTO计算分析 VFTO是由于GIS内部进行开关操作（隔离开关、断路器、负荷开关、接地开关）而引起GIS内部放电而产生的极快暂态过电压，主要是10MHz）； 过电压幅值较大。 VFTO严重时，可能会损坏变压器纵向绝缘或GIS设备绝缘。 近年来，VFTO的研究已成为高压领域的一个重要课题。 汀子口水利枢纽电站主接线较为简单，主变压器布置在GIS下方，通过套管直接连接，距离较短。 根据VFTO产生的一般规则，该电站发生高幅VFTO的概率较高。 因此，利用电磁暂态程序来计算和研究GIS中可能出现的VFTO现象。 根据电站的接线角度，隔离开关的分闸操作方式有6种。 分别计算了GIS内部部件在这些模式下的VFTO力。 计算结果（最大值）、允许值、安全裕度等参数如表2所示。可以看出亭子口水电站，在各隔离开关操作方式下，GIS设备中VF的最大峰值为1053 kV，即低于其保证的绝缘强度。 与550kV设备的雷电冲击绝缘水平相比，仍有32%的安全裕度。

GIS设备 VFTO计算结果 开关站设备雷电冲击绝缘水平/kV 绝缘保证强度系数/kV VFTO最大值/kV 安全互感器 1550 507 67 断路器 1550 1053 32 隔离开关 1550 988 36 电容式电压互感器 1550 496 68 电磁式电压互感器1550 769 50 出线套管 1675 753 55 长线路断路器合闸电阻设置为500 kV电压等级电网，合闸长空载线路时，特别是电源电压幅值与线路残压异相时，由于系统参数的突变和电网电磁能的振荡，引起较大的过电压。 为了限制这种合闸过电压，可以使用带有合闸电阻的断路器。 其原理是利用合闸电阻吸收电网中的部分电能，转化为热能，达到削弱电磁振荡、限制过电压的目的。 电站现有达州变电站500kV输电线路长约210公里，导线截面为400mm。 根据电力行业标准DL/620《交流电气装置过电压保护和绝缘配合》的要求，500 kV系统应预计有导电线路单相重合闸时线路上产生的相对地操作过电压进行统计计算，检查线路的绝缘水平是否满足运行过电压要求。 工作过电压不应大于2. kV。

结合电站500 kV输电线路实际情况，对空线合闸和单相重合闸时相地和相间过电压的统计值进行了研究。 根据统计值，空线合闸、单相重合闸时，线路两端最大相地过电压为1.99，相间过电压为3.53，最大相间过电压为1.99。线路中部对地过电压为2.28。 可见线路中部最大相对地过电压为2.28。 过电压超过标准要求值2。500kV断路器的合闸电阻一般为400Ω。 表3为亭子口水利枢纽电站和达州变电站断路器安装合闸电阻后合闸操作时的过电压值。 接入系统模式操作断路器 过电压 单相重合闸 过电压 相对地 相间 相对地 大模式 亭子口发电厂/达州变电站 亭子口发电厂 15 号线 达州变电站 可以看出，安装合闸电阻后断路器合空线、单相重合闸时，线路两端最大相地过电压和相间过电压均为2.30； 线路中部最大相对地过电压为1.60，相间过电压为2.38。 近年来对铁磁谐振的研究，一些采用3线、角接线的水电站GIS中出现了电压互感器（PT）的铁磁谐振现象，给GIS设备的运行带来了很大危害。 据分析，上述接线中，主变压器进出线的电压互感器连接在两组断路器之间，即“T区接线”。 这种接线方式，当“T接法”的断路器合闸、分闸，进线/主变进出线开路时，很容易造成GIS母线电容和均压电容断路器使 PT 放电并引起铁磁谐振。 严重时可能会烧毁GIS设备。

亭子口水电站主接线末期采用四边形，本期采用三角形（一出线）。 两者均具有上述“T型接线”形式。 因此，必须根据接线形式和GIS设备特性对铁磁共振进行分析。 为避免这一现象，该电站在选用500kV GIS断路器时，充分考虑了角接线中的铁磁谐振问题，因此采用了单断口断路器。 该型断路器断口两侧没有并联均压电容器。 GIS电路只有极间电容和母线对地电容。 与双断路断路器的均压电容器相比，电容值很小，振荡电路没有足够的容量。 能量，因此不满足铁磁共振发生的条件。 电站GIS布局确定后，GIS厂家进行了铁磁共振分析计算。 结果验证了上述判断，即电站GIS不存在铁磁谐振情况，无需安装谐振抑制装置。 亭子口水利枢纽电站自2013年投入运行以来，GIS设备经过了各种工况下的测试和运行，设备运行状况良好。 作为嘉陵江流域的大型水电工程，其500 kV GIS选型设计具有一定的代表性。该设计充分考虑了避雷器配置、VFTO、合闸电阻选型和抗铁磁共振措施。 这些都是当前大型电站或变电站GIS设计中存在的典型问题。 其研究方法和解决方案具有一定的代表性，反映了大型水电工程中高压配电装置技术的最新进展和发展，可以为其他大型水电工程的GIS设计和制造提供疑难解决方案。

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