atp報(bào)告-500kV變電站中雷電暫態(tài)過(guò)程的仿真計(jì)算

1、電力系統(tǒng)過(guò)電壓計(jì)算實(shí)驗(yàn)報(bào)告500kV變電站中雷電暫態(tài)過(guò)程的仿真計(jì)算1研究背景與意義在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，由于雷擊造成變電站內(nèi)電氣設(shè)備損壞的情況時(shí)常發(fā)生。變電站內(nèi)設(shè)備因雷擊造成的絕緣損壞大多由輸電線侵入的雷電過(guò)電壓波引起。為保證電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，減少變電站電氣設(shè)備雷擊損壞，應(yīng)對(duì)變電站的雷電侵入波特性進(jìn)行研究分析，以確保在各種運(yùn)行方式下各電氣設(shè)備因雷電引起的過(guò)電壓值低于其額定雷電沖擊耐受水平（BIL）o研究沿線路傳來(lái)的雷電波侵入變電站的波過(guò)程時(shí)，由于輸電線的分布參數(shù)復(fù)雜，且變電站內(nèi)設(shè)備和回路分支眾多，雷電侵入波在變電站內(nèi)將發(fā)生復(fù)雜的折反射。變電站的雷害可能來(lái)自兩個(gè)方面：一是雷直擊于變電站；二是雷

2、擊輸電線路產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓波沿線路侵入變電站。對(duì)直擊雷的防護(hù)一般采用避雷針或避雷線。我國(guó)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，凡按規(guī)程標(biāo)準(zhǔn)要求正確安裝避雷針、避雷線和接地裝置的變電站，繞擊和反擊的事故率都很低，防雷效果很可靠。另一方面，線路落雷比較頻繁，雖然線路入侵變電站的雷電波電壓受到線路絕緣的限制，但變電站電氣設(shè)備的絕緣水平較線路低。同時(shí)，變電站雖設(shè)有進(jìn)線段保護(hù)，然其與非進(jìn)線段并無(wú)本質(zhì)差異，同樣可能遭受雷擊而形成侵入波。由于變電站內(nèi)有許多聯(lián)絡(luò)短線（如變壓器到母線和避雷器的連線等），它們和輸電線路一樣，在持續(xù)時(shí)間極短的雷電波作用下，表現(xiàn)為各個(gè)聯(lián)絡(luò)線段間行波的傳播和快速折、反射過(guò)程，并且通常在此過(guò)程中產(chǎn)生瞬時(shí)幅值極高

3、的過(guò)電壓，容易對(duì)設(shè)備造成危害。因此若防護(hù)措施不可靠，勢(shì)必造成變電站電氣設(shè)備的損壞事故。由此可見(jiàn)，沿線路侵入變電站的雷電過(guò)電壓波是對(duì)變電站電氣設(shè)備構(gòu)成威脅的主要原因。因此，對(duì)雷電侵入波在變電站電氣設(shè)備上所產(chǎn)生的過(guò)電壓進(jìn)行仿真計(jì)算，找出過(guò)電壓的分布變化規(guī)律，能夠?yàn)橄拗评纂娺^(guò)電壓（以保護(hù)變電站電氣設(shè)備的絕緣）提供有價(jià)值的參考依據(jù)，從而合理配置避雷器保護(hù)，以進(jìn)一步優(yōu)化變電站的工程設(shè)計(jì)。為此，對(duì)某500kV變電站進(jìn)行仿真計(jì)算，分析雷電侵入變電站時(shí)，在不同雷擊點(diǎn)與變電站的距離、不同的運(yùn)行方式、不同的桿塔沖擊接地電阻、不同的等效入口電容、避雷器的配置以及其他因素下，雷電過(guò)電壓對(duì)設(shè)備的影響。圖1-1為500k

4、V變電站電氣主接線圖。-一-二口rJ.1U口4Ltd-圖1500kV變電站單線圖2系統(tǒng)建模及參數(shù)設(shè)置2.1雷電流模型雷電的物理過(guò)程雖然復(fù)雜，但是從地面感受的實(shí)際效果和防雷保護(hù)的工程實(shí)用角度，可以把它簡(jiǎn)化為一個(gè)沿著一條固定波阻抗的雷電通道向地面?zhèn)鞑サ碾姶挪ㄟ^(guò)程，據(jù)此建立計(jì)算模型如圖2.7。在雷電放電過(guò)程中，人們能夠測(cè)知的電氣參數(shù)主要是雷擊地面時(shí)流過(guò)被擊物體的電流i,然后再根據(jù)計(jì)算模型反推出雷電波的參數(shù)以供工程應(yīng)用。由圖2.7(a)電流源等值電路，有公式如下:2i。ZoZoZ其中：Z為被擊中物體的阻抗，QZo為雷電通道波阻抗，QIo為雷電流波幅值，A顯然i與Z有關(guān)。當(dāng)Z=Z0時(shí)，恰好i=i0；當(dāng)Z

5、=0時(shí)，i=20而Z不可能為零；但若Z%Zo,仍可測(cè)得i磴io。在雷電流的實(shí)際測(cè)量中一般都能滿足條件ZZo）物體時(shí)，流過(guò)該物體的電流定義為雷電流。定義中的雷電流i恰好等于沿雷電通道傳播而來(lái)的雷電流波的兩倍。因而在防雷保護(hù)計(jì)算的彼得遜等值電路中，如圖2.7（a）所示，等值雷電流源通常就用雷電流來(lái)表示。根據(jù)國(guó)內(nèi)外的實(shí)測(cè)統(tǒng)計(jì)，75%90%的雷電流是負(fù)極性的。因此電力系統(tǒng)的防雷保護(hù)和絕緣配合通常都取負(fù)極性的雷電沖擊波進(jìn)行研究分析。電力系統(tǒng)的防雷計(jì)算、保護(hù)設(shè)計(jì)都要求將雷電流波形等值為典型化的可以解析表達(dá)的波形。常用等值波形有三種：標(biāo)準(zhǔn)沖擊波、等值斜角波和等值余弦波。本文的仿真中，雷電流波形選用2.6/5

6、0NS的等值斜角波。前蘇聯(lián)科學(xué)家通過(guò)觀測(cè)和計(jì)算得出雷電通道波阻抗Z0在3003000。之間，如圖2.7（b）所示。I10kA時(shí)，Z0約為幾kQ;I在10入30kA時(shí)，Z0約為2100700。；I在30100kA時(shí)，Z0約為700400Q。當(dāng)Ia100kA時(shí)，Z。穩(wěn)定于300Q附近，在反擊計(jì)算中雷電流幅值很高，Zo較小可以取為300QO（a）雷電流源等值電路（b）Z0和I關(guān)系曲線圖圖2.7雷電流源等值電路和雷電通道波阻抗現(xiàn)有的雷電流幅值概率分布是由一般高度的桿塔上測(cè)量數(shù)據(jù)（基本上是下行雷）得出的，不包括上行雷。上行雷是由高建筑物引發(fā)的特殊放電形式。防雷電反擊計(jì)算應(yīng)該把上行雷和下行雷分開(kāi)計(jì)算，否則

7、會(huì)帶來(lái)較大的誤差。超過(guò)100m的高桿塔，隨著桿塔高度的增加，落雷次數(shù)增加，上行雷發(fā)生的概率也越來(lái)越大。3條線路桿塔高度不超過(guò)70m。根據(jù)上行雷發(fā)生概率和建筑物高度的關(guān)系圖（圖2.8）,上行雷的概率不到10%。因此在本研究中，計(jì)算反擊閃絡(luò)率時(shí)只考慮下行雷的落雷次數(shù)，而把上行雷部分除外圖2.8上行雷發(fā)生概率和建筑物高度關(guān)系圖對(duì)于本次計(jì)算的500kV系統(tǒng)線路，其反擊耐雷水平均大于100kA,所以從圖2.7(b)中看出，當(dāng)I100kA時(shí)，Z0穩(wěn)定于300Q附近，在反擊計(jì)算中雷電流幅值很高，Z0較小可以取為300Q,而雷電流波形選用2.6/50NS的等值斜角波。DATAMILLIEAmp5口(MuZ6E

8、-6T_h5E-5S_rw2GOOOOOOOOO圖2.9雷電流源的仿真模型與數(shù)據(jù)仿真計(jì)算使用的雷電流在2.6us處到達(dá)峰值，波尾時(shí)間為50us,在雷電流源側(cè)設(shè)置檢測(cè)模塊觀察雷電流波形，以峰值為50kA的雷電流為例，雷電流波形如圖2.10所示。圖2.10雷電流波形圖(50kA為例)2.2桿塔模型近年來(lái)，國(guó)外一些專家嘗試通過(guò)試驗(yàn)的方法來(lái)建立新的桿塔模型，并且建立了多種多波阻抗模型。多波阻抗模型是基于垂直導(dǎo)體不同高度處的波阻抗是不同的原理，使用于尺寸較大的桿塔。如圖2.4所示，在1=3時(shí)，行進(jìn)波到達(dá)半徑xi=vcti覆蓋的區(qū)域內(nèi)，此時(shí)該波不能到達(dá)其他區(qū)域，因此距起點(diǎn)為xi的這段垂直導(dǎo)體的波阻抗Z(x

9、i)是可以通過(guò)X1區(qū)域內(nèi)的幾何和物理參數(shù)得出的，由于幾何參數(shù)xi不同于t=t2時(shí)的X2,所以Z(xi)不同于Z(x2)0因此，距起點(diǎn)不同的地方，垂直導(dǎo)體的波阻抗是不同的，所以就可以將垂直導(dǎo)體分割成幾段，每一段都可以計(jì)算出一個(gè)波阻抗。/理va波速/=上f1時(shí)間Jrt到起點(diǎn)“口”的距高rt一個(gè)機(jī)播時(shí)間*二%77777777777-圖2.4垂直導(dǎo)體上的波行進(jìn)由波阻抗的特性可知，垂直圓柱體的波阻抗值僅依賴于該圓柱體的半徑和對(duì)地高度，由此我們可以用下面的經(jīng)驗(yàn)公式來(lái)描述單根垂直導(dǎo)體的波阻抗Zt22h二60In式中:r是垂直圓柱體的半徑/m；h是垂直圓柱體的高度/m。以上式為基礎(chǔ)，我們繼續(xù)研究多導(dǎo)體系統(tǒng)的波

10、阻抗?，F(xiàn)有一個(gè)多導(dǎo)體系統(tǒng),包含數(shù)根平行的圓柱體，則這n根平行圓柱體組成的系統(tǒng)平均波阻抗為：_1_ZT,n=ZT,iiZT,i2ZT,inn式中:為圓柱體的數(shù)目;ZT,kk為第k根圓柱體的自波阻抗ZQ；ZT,ki為第k根和第l根之間的互波阻抗ZQ0假定上式對(duì)于該系統(tǒng)是有效的,那么ZT,kk和ZT,kl可表示為:ZT,kk2:2hc二60In2ZT,kl-60式中：Rki是第k根和第I根間的距離Zm0由于桿塔最多是4導(dǎo)體系統(tǒng)，所以給出了2、3、4多導(dǎo)體系統(tǒng)的波阻抗計(jì)算公式。22h小Zn=60In2e式錯(cuò)誤！未找到引用源。中的re為多導(dǎo)體系統(tǒng)的等效半徑，可以由下式算出:1Z21Z2rRe1Z32Z3

11、rR1Z81Z43Z42rR式中:R是臨近導(dǎo)體間的距離，如圖2.5(a)所示Zm。對(duì)于非平衡多導(dǎo)體系統(tǒng)，如圖2.5(b)等效半徑公式是基于測(cè)量結(jié)果的經(jīng)驗(yàn)公1Z32Z3_1/3_2/3r=trb,R=Rr2(a)平行導(dǎo)體組成的多導(dǎo)體系統(tǒng)(b)包含不平行導(dǎo)體的多導(dǎo)體系統(tǒng)圖2.5多導(dǎo)體系統(tǒng)HaraT等學(xué)者認(rèn)為，桿塔可以等效為圖2.6所示的等值分布多波阻模型。桿塔的主體可以分為四段，每段桿塔可以用波阻抗分別為ZT1-ZT4,波速都為光速的分布參數(shù)表示。圖2.6桿塔的多波阻抗模型主支架部分每部分的波阻抗ZTk計(jì)算公式為：ZTk=60%2,2Hk_2(k=V4)IrekJ式中rek為多導(dǎo)體系統(tǒng)的等效半徑，

12、可以由式算出:|21/83渭口喊瞰A(k=1-3)晨1/81/32/31/41/32/33/42 rTkPb%Rb(k=4)如上式所示，由于本文采用的桿塔塔基半徑比通常的要大，所以在計(jì)算re”re3時(shí)用Rb來(lái)替代Rb,而在計(jì)算re4時(shí)才米用Rb。實(shí)驗(yàn)表明，測(cè)得在有無(wú)支架的情況下的波阻抗，從測(cè)量結(jié)果中可看出：導(dǎo)體系統(tǒng)的波阻抗在增加了支架之后減小了10%左右，從而每段桿塔對(duì)應(yīng)支架部分的波阻抗ZLk計(jì)算公式為：ZLk=9ZTk(k=1-4)同時(shí)，電磁波通過(guò)含有支架的多導(dǎo)體系統(tǒng)時(shí)需要更長(zhǎng)時(shí)間，在仿真中，模型支架部分的長(zhǎng)度可取為對(duì)應(yīng)主體部分的1.5倍。相關(guān)文獻(xiàn)表明，可以用分布參數(shù)來(lái)模擬桿塔臂。取其波阻抗

13、為ZAk,波速為光速，長(zhǎng)度可以取它自身的長(zhǎng)度。波阻抗ZAk可以由下式得到：2HkZAk=60ln-k(k=14)Ak式中rAk為第k部分橫擔(dān)的等值半徑，可取為桿塔臂與主桿塔連接處長(zhǎng)度的1/4。多波阻抗計(jì)算模型結(jié)果如下:表3-500雙韓制甲(乙)線桿塔多被阻抗模型計(jì)算結(jié)果.桿塔分段編怎上V加344/錘段桿塔高度修6%57a45.5*-34P壬更寐半徑支農(nóng)小2M4250支架半徑rm0.08.。.廂042*0.16.桿塔臂等效半警“mu2&l.&p1851.94塔基部分的半徑IS-6.5-J?，a=9.B+-1土支架波阻抗z,d13N6+126.7p104+64M3支典激阻抗五4123&611404

14、93658318一桿塔臂阻抗4tdi238L24如233加213人2.3 線路模型對(duì)變電站內(nèi)的線路采用連續(xù)換位的Clarke模型。具體參數(shù)如下:DA7AUNITVALUEDATAUNITVALUER?kOhnn/m2Fi；kOhmAn2R?IOOhm/m20月加OhmAn20N*350260ZD650zo400“十290000V中290000vO240000Y0240000對(duì)變電站外輸電線采用8線的JMartiLCC模型（相導(dǎo)線加架空地線），即6條相導(dǎo)線和2條地線（含一條避雷線）的模型。因這種架空線的模型直接計(jì)算了地線與導(dǎo)線之間的耦合關(guān)系，所以在計(jì)算過(guò)程中就不必再考慮被擊避雷線與已閃絡(luò)導(dǎo)線對(duì)未

15、閃絡(luò)導(dǎo)線的耦合電壓，這樣簡(jiǎn)化了計(jì)算，提高了計(jì)算精度。Ph.no.RinRoutResisHorizVtowerVmidSeparAlpHiflNBitMlMlohm/kmDC同(mmcm加61n0.371.660.046338.552464004220l37i.ee0.046339540.52454004330.37i.電0.0463310529234004440l371.660LM6339.55246400+550.371.660.046339540.534540046G0.37i.se0.0469310.5292340047700710.3629-1164600018800760.5041

16、16460001*Lire/Cab=；n息門(mén)“ng5O0Mn加1Nad”Sutler乩也為iWmdniN-re1小幅f編DOT*”比也Rto(DlTrr中f。GvertedLthMPh,白F.1,DJ5Lf-QHiP：rrp|口邛Ili-iH-Tii-4Cd二號(hào)看en/ri=m工gtcrdrij7effect小卜17limcfpidrxEn0由MmIsII叩*DfltaEtorgemnim-ccWefnrTi/n-r；FI8IDJHaiiFf*gir&ikHRFigqSS|H|_碗如力B03005D)L曲.Oatdrfault甯mCarnen-CitteclLitet.UH士1歲E呷1Ruri

17、ATFVim泄力|CdldtfirLH也2.4 絕緣子串模型在EMTP-ATP仿真計(jì)算軟件中，將絕緣子串等效為壓控開(kāi)關(guān)，絕緣子串的沖擊閃絡(luò)電壓U50%則為開(kāi)關(guān)的導(dǎo)通電壓，計(jì)算中考慮到感應(yīng)電壓5,的影響，故壓控開(kāi)關(guān)導(dǎo)通電壓設(shè)置為(U50%-Ui)，其中感應(yīng)電壓Ui的計(jì)算公式參見(jiàn)GB/T50064交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范”。2.5 沖擊接地電阻桿塔沖擊接地電阻的范圍一般在7-5Q,仿真建模時(shí)沖擊接地電阻選擇為10QO2.6 避雷器的模型由于氧化鋅電阻片具有非常優(yōu)異的非線性伏安特性，可以實(shí)現(xiàn)避雷器的無(wú)間隙無(wú)續(xù)流，且造價(jià)低廉，因此氧化鋅避雷器(MOA)已經(jīng)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本次仿

18、真變電站內(nèi)避雷器用金屬氧化物避雷器，其參數(shù)設(shè)置如表：表某1000KV避雷器伏安特性I(KA)0.11245102030U(KV)650760800834850935108212002.7 互感器模型在雷電陡波作用下，電磁電壓互感器用入口等值電容模型，此500kV站內(nèi)電壓互感器等效入口電容為3000pF2.8 變壓器模型在雷電陡波作用下，變壓器用入口等值電容模型，此500kV站內(nèi)變壓器等效入口電容為5000pFo2.9 斷路器模型對(duì)于斷路器，在分閘狀態(tài)下，有斷口電容和兩端觸頭的對(duì)地電容，合閘狀態(tài)下，只有兩端觸頭的對(duì)地電容，具等效模型如圖2-4所示，圖b中開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉分別代表斷路器的開(kāi)關(guān)狀態(tài)。取Ci

19、=140pF,C2=830pFo圖2-4斷路器雷電沖擊下等效模型3 .ATP-EMTP建模根據(jù)上述分析，在ATP中搭建的仿真模型如圖所示:A整體電路圖1效.7、11AlMB桿塔模型電路圖C500KV變電站電路圖4 .計(jì)算結(jié)果與分析4.3 反擊過(guò)電壓4.3.1 雷擊點(diǎn)的影響在正常運(yùn)彳T方式（1、2饋線兩回進(jìn)線，3饋線接電源）下進(jìn)行雷電流的仿真實(shí)驗(yàn)，即上面四個(gè)斷路器閉合，其他打開(kāi)，單母線的運(yùn)行，尋找合適的雷擊位置，對(duì)各種雷擊位置下的各設(shè)備電壓進(jìn)行測(cè)量，包括斷路器（CB1、CB2、CB3、CB4）、主變（TR400）、饋線（LINE1、LINE2、LINE3、LINE4、LINE5）、電壓互感器（P

20、T1、PT2、PT3）、母線1末端（BUS1、BUS2）,受雷擊輸電線路桿塔頂端（TWR）上的過(guò)電壓，實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，各設(shè)備的電壓如表3所示（本算例中并未體現(xiàn)0塔）：表1不同受雷位置下，各設(shè)備的最高電壓，及避雷器中的最大電流大小電壓（MV）#1塔#2塔#3塔#4塔#5塔#6塔#7塔TWR3.3483.3483.3483.3483.3482.992TR4001.0930.9540.8550.7670.8220.8130.848LINE12.7961.9651.5841.3201.1361.0021.010PT11.6751.1111.0731.0360.9990.9630.857LINE22.61

21、50.8400.8450.8020.8300.8481.055PT21.4340.8100.8260.7780.7920.7890.849LINE30.8690.8370.8300.8060.8320.7780.837PT30.8710.8220.8030.7860.7970.7790.782DB11.8521.3331.1821.0991.2341.0261.160DB21.3060.9530.8710.8120.80407580.826DB31.1970.9330.8490.8350.7720.8620.756DB41.4231.2431.1621.1770.9601.0701.112BU

22、S11.3391.1170.9400.9020.9000.7860.849BUS21.2061.0390.9820.9200.7700.9460.837電流（KA）MOA127.438.8857.9046.9525.9675.0422.889MOA221.172.0822.3041.2401.6191.5673.016MOA34.3532.3121.8701.5021.6821.0501.202MOATR7.5683.4901.1260.7661.6171.3891.938由結(jié)果看出，雷擊#1塔塔頂會(huì)在變電站形成最嚴(yán)重的侵入波過(guò)電壓，這種想法在某些情況下可能是正確的，但在我國(guó)，大多數(shù)情況下不合

23、適。大量研究表明，#1塔和變電站的終端門(mén)型構(gòu)架（也稱#0塔）（本算例中并未體現(xiàn)）距離一般較近，再加上門(mén)型構(gòu)架的沖擊接地電阻比較小，雷擊#1塔塔頂時(shí)，經(jīng)地線由#0塔返回的負(fù)反射波很快返回#1塔，降低了#1塔電位，使侵入波過(guò)電壓減小。而#2塔、#3塔離#0塔較遠(yuǎn)，受負(fù)反射波的影響較小，過(guò)電壓較高。所以選擇計(jì)算雷擊#1塔侵入波過(guò)電壓不合適。另外，進(jìn)線段各桿塔的塔型、高度、絕緣子用的伏秒特性、桿塔接地電阻不同，也影響著雷擊進(jìn)線段各桿塔時(shí)的侵入波過(guò)電壓。在雷擊#6塔時(shí)出現(xiàn)了電壓反升的現(xiàn)象，且雷擊點(diǎn)越遠(yuǎn)，最高過(guò)電壓出現(xiàn)的時(shí)刻越大（從5us一直到50us不等），推斷是電壓折反射疊加的結(jié)果，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)一般選擇近

24、區(qū)雷，由于雷擊#2塔或#3塔時(shí)的過(guò)電壓較高。本算例中后續(xù)仿真中選擇#2塔作為雷擊點(diǎn)。4.3.2 避雷器對(duì)過(guò)電壓大小的影響配置一：將加在變壓器出口處避雷器隱藏，僅配置進(jìn)線處避雷器。表2配有3個(gè)進(jìn)線避雷器，各設(shè)備的最高電壓，及避雷器的最大電流大小最高過(guò)電壓大?。∕V）TWTR400LINE1PT1LINE2PT2LINE3PT33.3481.1311.9651.1110.8480.8550.8450.833最高過(guò)電壓大?。∕V）取同過(guò)電流大?。↘A）DB1DB2DB3DB4MOA1MOA2MOA3MOATR1.3351.0370.9401.2948.8853.0663.311配置二：將加在進(jìn)線處避

25、雷器隱藏，僅配置變壓器出口處避雷器。表3配有1個(gè)變壓器避雷器，各設(shè)備的最高電壓，及避雷器的最大電流大小最高過(guò)電壓大?。∕V）TWTR400LINE1PT1LINE2PT2LINE3PT33.3481.1201.9641.4401.1731.1611.0801.080最高過(guò)電壓大小(MV)取同過(guò)電流大小(KA)DB1DB2DB3DB4MOA1MOA2MOA3MOATR1.5611.1721.0781.6096.124配置三：將加在其余進(jìn)線處與變壓器的避雷器隱藏，僅配置進(jìn)線1出口處避表4配有1個(gè)進(jìn)線避雷器，各設(shè)備的最高電壓，及避雷器的最大電流大小最高過(guò)電壓大小(MV)TWTR400LINE1PT1

26、LINE2PT2LINE3PT33.3481.2621.9651.1111.1031.1031.1651.165最高過(guò)電壓大小(MV)取同過(guò)電流大小(KA)DB1DB2DB3DB4MOA1MOA2MOA3MOATR1.3541.1911.1431.6778.885配置四：不配置避雷器表5不配有避雷器，各設(shè)備的最高電壓，及避雷器的最大電流大小最高過(guò)電壓大小(MV)TWTR400LINE1PT1LINE2PT2LINE3PT33.3481.5601.9641.4391.3791.3621.4741.474最高過(guò)電壓大小(MV)取同過(guò)電流大小(KA)DB1DB2DB3DB4MOA1MOA2MOA3M

27、OATR1.6011.4231.4052.063二四對(duì)比可以看出，變壓器出口處避雷器對(duì)變壓器過(guò)電壓作用明顯;三四對(duì)比，一四可以看出，進(jìn)線出口處避雷器對(duì)全網(wǎng)均有影響；綜上可以看出，加入避雷器可以有效降低過(guò)電壓，且接在線路入口處可以同時(shí)降低變電站各處電壓，一進(jìn)線出口處避雷器起最大作用。一三對(duì)比，可以看出避雷器對(duì)雷電流的幅值有一定的衰減，但是衰減程度較小，只有過(guò)電壓幅值較高時(shí)才有明顯的衰減，這是因?yàn)镸OA的伏安特性決定的，在電壓較低時(shí)，避雷器幾乎不流過(guò)電流，因此起不到抑制設(shè)備過(guò)電壓的作用。同時(shí)由于采用的是間隙式的避雷器，閾值電壓的設(shè)定也很重要，在不同時(shí)刻開(kāi)始泄放電流對(duì)過(guò)電壓的值也有影響，算例中閾值為

28、1100KV,閾值越低，放電時(shí)刻越早，對(duì)過(guò)電壓的抑制越有利，但閾值有一定要求標(biāo)準(zhǔn)，否則正常運(yùn)行或其他工況時(shí)也會(huì)放電，本算例中不細(xì)究。4.3.3 不同電源初始值對(duì)過(guò)電壓大小的影響僅電源的初始相角，在不帶避雷器方式下進(jìn)行雷電流的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，各設(shè)備的電壓如表8所示：表8不同入口電容下，雷電流波形的變化電壓(MV)取大過(guò)電壓TWTR400LINE1PT1LINE2PT2PT303.3481.5601.9651.4401.3931.3801.4689003.1261.4732.3901.3972.1161.3511.4271803.4311.4591.4141.4462.1691.5131.

29、378DB1DB2DB3DB4BUS1絕緣于閃絡(luò)01.6011.4271.3702.0261.490/1.702一A9001.6861.3811.4311.8531.482/1.539一A、二C1801.5611.5691.5921.8071.490/1.706二C在00時(shí)，#2塔，一回線A相絕緣子擊穿；在90時(shí)，#2塔，一回線A相，二回線C相絕緣子擊穿；在180時(shí)，#2塔，二回線C相絕緣子擊穿；由于不同的初始相位下，各絕緣子用到達(dá)閃絡(luò)的時(shí)刻不同，將影響各設(shè)備的過(guò)電壓值，上表數(shù)據(jù)0時(shí)，最大過(guò)電壓均來(lái)自于一回A相，而180時(shí)，均來(lái)自二回C相，故絕緣子用的閃絡(luò)將很大程度上影響設(shè)備過(guò)電壓，變壓器的絕

30、緣水平通常低于互感器，并且由于本算例的初衷是為了檢驗(yàn)變壓器出口處過(guò)電壓,故選用0出相位4.3.4 接地電阻對(duì)過(guò)電壓大小的影響在母線及線路上都不加裝避雷器(效果較明顯)，在正常運(yùn)行方式下進(jìn)行雷電流的仿真實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)計(jì)算結(jié)果，各設(shè)備的電壓如表9所示：表9不同接地電阻情況下，各設(shè)備的最高電壓大小電壓(MV)取大過(guò)電壓TWTR400LINE1PT1LINE2PT2PT3全部取103.3481.5591.9641.4401.3931.3801.468#2塔取73.2371.2481.9371.2701.1081.0941.179全部取73.2371.2271.9361.2681.0991.0881.157

31、#2塔取153.5402.0182.0631.8552.0481.8821.908全部取153.5402.0462.0641.9042.0511.9441.950從表中可以看出接地電阻的大小對(duì)雷電壓的大小有較大影響，且靠近雷擊點(diǎn)的桿塔起主要作用，接地電阻越大，系統(tǒng)中各處的雷電壓均越大。其次土壤電阻率對(duì)雷電流大小也有影響，在接地電阻全部取10情況下，改變土壤電阻率300Q*m,500Q*m,1000Q*m,如表17所示。表10不同接地電阻情況下，各設(shè)備的最高電壓大小電壓(MV)取人過(guò)電壓TWTR400LINE1PT1LINE2PT2PT3300Q*m3.3121.5922.0361.4811.3

32、951.4081.499500Q*m3.3481.5591.9641.4401.3931.3801.4681000Q*m3.4521.5231.8711.2681.3351.3151448可以看出土壤電阻率小將使塔頂電壓減小，但會(huì)提升變電站內(nèi)的電壓。查閱資料了解到，高土壤電阻率的地方易于形成連續(xù)的放電。而土壤電阻率低的地方，如粘土、泥炭和耕地等，落雷時(shí)雷電流比較大，因而感應(yīng)過(guò)電壓也比較高，易于造成事故。4.3.5 不同運(yùn)行方式下對(duì)設(shè)備過(guò)電壓大小的影響方式一：?jiǎn)文妇€,方式二：?jiǎn)文妇€,方式三：?jiǎn)文妇€,方式四：雙母線，1、2進(jìn)線，3進(jìn)線，2連接1母線斷路器檢修表11.不同運(yùn)行方式下，各設(shè)備的最高電壓

33、，及避雷器中的最大電流大小電壓(MV)E1方式2力式3方式4TWR3.3483.0273.4783.348TR4000.9540.9210.8370.837LINE11.9652.0432.3221.965PT11.1110.9841.0461.111LINE20.8401.9212.0150.826PT20.8101.0280.9790.795LINE30.8370.9020.8190.863PT30.8220.8620.8210.832DB11.3331.2531.891/1.7781.627DB20.9531.494/1.6400.9650.943DB30.9331.0450.9640.

34、847/0.928DB41.2431.0361.026BUS1_N11.1171.0711.1071.062BUS1_N21.0391.1120.9760.908BUS2_N10.880BUS2_N20.957電流(KA)MOA18.8855.64111.568.870MOA22.0828.5175.9102.805MOA32.3123.5652.3751.809MOATR3.4904.5242.3062.294表11不同運(yùn)行方式下，各設(shè)備的最高電壓，及避雷器中的最大電流大小(不帶避雷器)電壓(MV)取大過(guò)電壓TWTR400LINE1PT1LINE2PT2PT3方式一3.3481.5601.9

35、651.4401.3931.3801.468方式一3.0272.0692.0421.6952.5672.1781.916方式二3.4781.7342.7602.4502.0141.8601.715方式四3.3481.2631.9641.4371.2931.3021.313DB1DB2DB3DB4BUS1BUS2方式一1.6011.4271.3702.0261.490/1.702方式一2.2852.7611.9132.5091.980/2.185方式二3.1601.6111.6341.9240.821/0.619方式四2.1411.3121.1901.338/1.3111.284/1.342由結(jié)

36、果對(duì)比可知，變電站內(nèi)部設(shè)備接線方式的大小對(duì)過(guò)電壓的計(jì)算結(jié)果有較大的影響，接線方式越大，主變上所出現(xiàn)的過(guò)電壓幅值就越低。有兩方面的原因，一是因?yàn)槔讚魲U塔放電的總能量是一定的，如果變電站接線方式越復(fù)雜，設(shè)備越多，則網(wǎng)絡(luò)的總電容量就越大，各電氣設(shè)備上出現(xiàn)的過(guò)電壓數(shù)值就越低。比如，與運(yùn)行方式一比較，運(yùn)行方式四由于使用了2條母線，對(duì)雷電流分流將增大，因此致使侵入波過(guò)電壓降低；又如，運(yùn)行方式二與運(yùn)行方式一比較，由于只有一回進(jìn)線，從避雷器泄放的電流與桿塔頂端電壓可以看出，過(guò)電壓明顯升高。另一方面，電氣設(shè)備上所出現(xiàn)的過(guò)電壓幅值，往往是多個(gè)來(lái)自不同支路的行波疊加的結(jié)果，這些電壓波有正極性，也有負(fù)極性的。接線方式

37、越大，支路越多，行波的數(shù)量也越多，但波峰和波峰或波谷和波谷相遇的機(jī)會(huì)卻很少，因而使得疊加的電壓幅值并不高。在研究變電站的保護(hù)方案時(shí)，宜選擇過(guò)電壓最嚴(yán)重的運(yùn)行方式，既一線一母一變來(lái)進(jìn)行計(jì)算，這樣得到的過(guò)電壓水平較高，而由此確定的防雷保護(hù)方案也比較可靠。從結(jié)果還可以看出，由于有避雷器的保護(hù)作用，變壓器、電壓互感器的過(guò)電壓都在允許范圍內(nèi)，而斷路器之間的電壓卻始終呈現(xiàn)偏高，特別是最左側(cè)一回進(jìn)線處的上下兩個(gè)斷路器，在運(yùn)行方式二與三時(shí)，過(guò)電壓水平已經(jīng)超出了500KV一般絕緣水平。在運(yùn)行方式二中，避雷器泄放的電流超過(guò)10KA也需引起注意。4.4 繞擊對(duì)過(guò)電壓的影響變電站的雷電侵入波除了反擊侵入波外，還有雷電

38、流繞過(guò)避雷線擊中導(dǎo)線而形成的繞擊侵入波。計(jì)算繞擊侵入波過(guò)電壓時(shí)，最重要的參數(shù)是最大繞擊電流Im,根據(jù)電氣幾何模型，當(dāng)雷電流幅值增大到Im時(shí)，雷電流或擊中避雷線，或擊中大地，而不會(huì)發(fā)生繞擊，Im稱為最大繞擊電流。結(jié)合實(shí)際進(jìn)線段桿塔的結(jié)構(gòu)尺寸，按下式可計(jì)算出最大擊距rsm：h+he+2yjhshcsina,、而=(mJ2cosa式中：hs:避雷線高度，m；hc:導(dǎo)線高度，m；區(qū)避雷線保護(hù)角求出rsm后，根據(jù)雷電流幅值與擊距的關(guān)系，求出最大繞擊電流Im：j(八用1八/m=一(kA)UJ式中k=6.72;p=0.8。根據(jù)假設(shè)的進(jìn)線段桿塔計(jì)算出具最大繞擊雷電流幅值為一般不超過(guò)40kA,雷電通道的波阻抗取800Qo由于繞擊雷電流幅值遠(yuǎn)小于反擊雷電流幅值，因此繞擊時(shí)，變電站各電氣設(shè)備上的雷電過(guò)電壓水平要低于反擊時(shí)的過(guò)電壓水平，所以說(shuō)繞擊侵入波過(guò)電壓對(duì)變電站