±800kV换流站的雷电侵入波过电压仿真分析

特高压直流换流站的绝缘配合对系统的安全运行和经济成本至关重要。为此,针对糯扎渡送电广东±800 kV特高压直流输电工程,采用PSCAD/EMTDC软件仿真分析受端换流站雷电侵入波过电压分布及其对设备雷电冲击绝缘水平的影响。建立了换流站各设备的雷电冲击暂态模型和交、直流侧进线段线路的频率相关模型,并选取合适的换流站运行方式进行仿真分析。采用先导发展法作为绝缘子串的闪络判据计算出交、直流侧输电线路进线段内反击和绕击耐雷水平,并由电气几何模型计算最大绕击电流。根据线路耐雷水平计算交、直流侧进线段内反击和绕击时雷电侵入波在换流站内设备上形成的最大过电压,校核设备雷电冲击绝缘水平,提出了改进措施。     

电缆出线变电站连续两次雷击仿真及防护措施

针对某电缆出线变电站近区连续遭受两次雷电绕击的事故,基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型并进行了过电压的仿真计算.雷击点位于变电站进线第二基杆塔处,仿真分析了发生第一次雷电绕击时,绝缘子片数和出线电缆的长度对绕击过电压的影响,以及发生第二次绕击时不同的避雷器配置方案对热备用状态下断路器过电压的影响.仿真结果表明,绝缘子片数的增加会增大绕击过电压幅值,不同电缆长度对限制过电压的效果具有明显的差异;发生第二次雷击时,通过在站内断路器断口侧及变电站第一基杆塔绝缘子旁安装避雷器,能够有效减小断路器过电压幅值.     

架空输电线路雷电绕击与反击的识别

为准确辨识输电线路雷击故障,分析了雷电绕击和反击的发生机理,并基于ATP-EMTP建立了110 kV输电线路杆塔多波阻抗模型及雷击仿真模型进行仿真。结果表明:雷击杆塔塔顶或绕击导线时,绝缘子串两端电位差方向不同;雷击闪络时,被击杆塔闪络相绝缘子串电位差降为0,雷击暂态过程结束后,邻近杆塔对应相绝缘子串电位差近似为0;反击闪络时,邻近杆塔绝缘子串两端电位差方向发生改变;杆塔入地电流方向可表征雷电流极性。基于上述特征,提出通过输电线路绝缘子串电位差和杆塔入地电流构建特征量,以2者的方向及其有效值作为识别判据,对雷击故障及未故障条件下的雷击类型进行辨识。     

110kV复合绝缘子电场分布影响因素

研究不同影响因素下的复合绝缘子沿串电场分布特性,对提高绝缘子可靠性具有重要意义。利用COMSOL Multiphysics有限元仿真计算软件建立了三维模型,分析了杆塔、导线长度和山坡倾斜角度对绝缘子沿串电场分布的影响。结果表明:导线改善了绝缘子串高压端局部场强过高的情况,且导线越长改善的效果越明显;杆塔使得沿绝缘子串方向的电场分布更加均匀;山坡的倾斜角度,对绝缘子高压侧的电场分布有些细微影响,但可以不予考虑。由此可得,导线、杆塔、地面与绝缘子间的杂散电容都会影响绝缘子沿串电场的分布。     

基于有限元分析的悬式绝缘子串电场仿真

利用有限元分析法计算得到了良好绝缘子串内部、沿面及空间电场分布情况,并对绝缘子串不同位置存在零值绝缘子时的空间电场进行仿真,研究了零值绝缘子对整体绝缘子串电场分布影响以及因素。     

输电线路雷电绕击过电压仿真分析研究

为了分析研究影响输电线路绕击雷电过电压的因素,在查阅大量文献的基础上,通过对不同雷电流波形的对比研究,结合杆塔、线路、绝缘子实际情况,利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立了2.6/50μs的雷电流双指数模型、杆塔单一波阻抗模型、线路Frequency Dependent(Phase)模型、绝缘子闪络判据模型。在所建模型的基础上,利用PSCAD/EMTDC软件仿真分析了雷电流波形和幅值在绕击情况下的雷电过电压暂态特征,以及对雷电过电压和耐雷水平的影响。仿真结果表明雷电流波形和幅值对绕击过电压和耐雷水平有较大影响,可为日后的防雷工作提供理论依据及重要参考。     

500 kV线路避雷器保护失效分析及改进措施研究

线路避雷器是防止输电线路雷击跳闸的有效手段,随着高电压等级线路避雷器的使用,出现了因安装方式导致的线路避雷器保护失效问题。针对某500 kV输电线路发生的线路避雷器在大幅值雷电流反击下对绝缘子串保护失效的问题,采用电磁暂态分析软件ATP-EMTP建立了仿真分析模型,分别对雷电流绕击和反击情况下绝缘子串和线路避雷器两端承受的电压进行了量化,得出了导致反击情况下线路避雷器保护失效的原因;提出了对现有500 kV线路避雷器安装方式的改进方案,并对改进方案下反击雷电流导致的绝缘子串和线路避雷器两端电压波形进行了比较,验证了改进措施的有效性。所研究成果对于500 kV及以上电压等级线路避雷器的使用具有重要参考价值。     

三端柔性直流输电系统雷电侵入波过电压

雷电侵入波过电压是确定直流输电系统换流站设备绝缘水平的重要依据,利用PSCAD/EMTDC软件建立了±160 kV南澳三端柔性直流输电系统直流侧雷电侵入波仿真计算模型,利用电气几何模型法计算直流线路的最大绕击电流,采用相交法作为空气间隙闪络判据,计算直流线路遭受雷电绕击和反击后换流站内极母线设备以及连接电缆承受的电压应力,并校核各设备的雷电冲击绝缘水平,计算结果表明各设备的绝缘裕度满足要求.     

架空输电线路雷电过电压识别

准确辨识架空输电线路雷电过电压类型对改进防雷设计具有十分重要的意义。为此,分析了感应、反击、绕击3种雷电过电压的发生机理,对输电线路雷电流行波波形特点的研究表明感应雷电过电压三相电流行波相似程度大,反击雷电过电压发生时,闪络相在绝缘子未击穿时,由于避雷线等的分流、耦合作用,存在空间电磁耦合电流,而绕击过电压闪络相不存在空间电磁耦合电流。提出了以输电线路雷电流行波三相电流波形最小相似度、上升时间比作为上述3种雷电过电压识别判据。还分析了上述特征参量在工程应用中可能受到的干扰因素及解决方法。大量EMTP仿真表明所提取的特征量有效可行。     

绝缘子芯棒碳化对其电场分布特性的影响

针对劣化复合绝缘子容易使输电线路发生闪络、跳闸、芯棒脆断等事故,严重威胁电力系统安全运行的问题,对护套和芯棒间存在碳化通道这种劣化情况下的复合绝缘子进行研究。采用有限元法对复合绝缘子碳化芯棒周围电场进行计算分析,建立绝缘子仿真计算模型,并在实验室条件下,现场测量护套和芯棒间存在碳化通道的沿串电场分布,实验测量数据与仿真结果基本一致,验证了理论计算的正确性。研究结果表明,碳化通道会畸变绝缘子串空间电场的分布,通道距高压端越近畸变越明显;碳化通道所贯穿的绝缘子伞裙其内部的电场值有所增大。     

RTV涂层对220kV绝缘子表面电场分布的影响研究

为了预防电力系统污闪事故,重污秽地区的输电线路绝缘子表面通常喷涂室温硫化硅橡胶防污闪涂料,以提高输变电设备的外绝缘性能。带电运行的玻璃或瓷绝缘子串表面电场成"U型"分布,两端电场强度高、中间区域低。为了解RTV涂料对绝缘子表面电场分布的影响,本文利用电磁场仿真工具对未涂覆RTV涂层的绝缘子串、新涂覆RTV涂层的绝缘子串以及使用一段时间出现老化状况的绝缘子串进行仿真计算;并在实验室条件下实测了沿串电压分布,对仿真结果加以验证。仿真与试验结果表明,RTV涂料对绝缘子串的片电压分布影响很小。相同条件下RTV涂层的老化状态并不影响其沿串电压分布情况。绝缘子表面电场分布受绝缘子表面状态的影响不大,主要还是受绝缘子自身电容分布的影响。     

±800 kV直流输电线路雷电绕击与反击的识别方法

研究±800 kV直流输电线路雷电绕击和反击故障的机理,建立了绕击和反击的等值电路模型。分析和仿真表明：若发生反击故障,由于杆塔接地电阻的作用,反击故障将包括雷电流入地和随之而来的塔顶电位(绝对值)骤增造成的绝缘子闪络2个过程,对应地,在这2个过程中零模电流的方向相反,使得故障后瞬间保护安装处零模电压出现正负交替;若发生绕击故障,零模电流只沿一个方向,使保护安装处零模电压在故障后一段时间内呈现单调变化。在绕击与反击故障下于保护安装处所观测的零模电压时域特征存在显著差异,在此基础上,从继电保护的角度出发,提出了一种基于小波变换的特高压直流输电线路雷电绕击与反击故障的识别方法,EMTDC仿真表明该方法能对特高压直流全线雷电绕击与反击故障进行识别,且不受雷电流波形的影响。     

同塔四回输电线路雷击闪络位置分布特性

为了研究同塔多回输电线路雷击闪络位置分布特性,基于先导发展法的绝缘子闪络模型,通过实验分析不同类型绝缘子在工频工作电压下的雷电反击和绕击闪络特性,建立符合实际工况的同塔多回线路雷击仿真模型。基于该模型,通过计算得到了典型同塔四回线路雷电反击、绕击闪络位置的分布规律,并发现雷击闪络位置与线路塔型尺寸、回路布置方式和绝缘配置、杆塔接地电阻、雷击位置和雷击时工频电压相位、地线保护角、地形地貌等因素密切相关。     

过电压对高速列车车顶绝缘子沿面电场的影响

车顶绝缘子作为高速列车车顶的高压绝缘器件,不仅承受正常工况下牵引变电所输出的27.5 k V的单相工频交流电压,还会频繁的遭受过电压的冲击。过电压会影响车顶绝缘子表面的电场分布,当绝缘子受污或是表面产生干燥带时这种影响更加明显,这将对系统的安全运行产生严重的威胁。文中分析了分相过电压和雷电过电压对不同受污程度绝缘子的电位和电场分布的影响,得到:绝缘子沿面单点电场大小与过电压幅值成正比。清洁绝缘子沿面电场与过电压频率无关,对染污绝缘子无论其表面是否出现干燥带,谐波频率增大时电场分布的容性特征更明显,但不改变当污秽电导率变化时绝缘子表面纯阻性或纯容性时的电场分布。以上结论为深入研究过电压对绝缘子沿面电场的影响机理提供了理论基础。     

柔性直流换流站雷电侵入波过电压

为确定换流站直流场设备（包括电缆）的雷电绝缘水平,建立柔性直流工程换流站和各站直流进线段1~2 km输电线路电磁暂态仿真模型。根据线路电气结构参数确定输电线路绕击和反击电流值,雷电流采用双指数函数模型,杆塔塔头间隙闪络判据采用相交法,计算架空线路在雷电绕击和反击工况下换流站直流场设备和电缆雷电侵入波过电压。通过仿真计算,确定了换流站直流场设备和电缆雷电绝缘水平,同时计算表明,直流电抗器对雷电过电压有一定的抑制作用。     

基于Hilbert-Huang变换的1000kV输电线路雷电绕击与反击识别方法

在考虑雷电先导发展的基础上,提出了一种基于希尔伯特-黄变换(HHT)的1 000k V特高压输电线路雷电绕击与反击的识别方法。首先基于ATP-EMTP软件建立了考虑雷电先导发展过程的1 000k V输电线路雷电绕击与反击模型,研究了先导发展对输电线路雷击过电压的影响;然后对雷击输电线路后绕击和反击过电压的暂态过程进行了分析,基于信号的局部特征时间尺度,实现了线路雷电绕、反击信号的经验模式分解(EMD),对包含大部分高频信号的前四阶固有模式函数(IMF)进行Hilbert变换,将变换后的IMF瞬时幅值作为特征量,并计算其相应的方差贡献率的大小,进而完成输电线路雷电绕击和反击的判别。仿真结果和现场实测数据验证表明,该方法能够正确有效地识别输电线路雷电绕击与反击,不受线路接地电阻和雷电流幅值的影响,且克服了目前雷电流参数实测技术中获取数据工作量大和易误判的缺点,能为输电线路的防雷分析提供理论参考。     

杆塔雷电反击的计算方法及试验验证

过电压保护规程和电磁场分析法在处理杆塔雷电反击特性时存在一定的缺陷.文中采用感应电荷法分析和计算线路杆塔雷电反击特性以及计算线路绝缘子串两端的电压分布,并通过小模型试验对计算结果进行验证.     

500 kV复合绝缘子横向覆冰现象有限元分析

雨凇覆冰严重影响输电线路的安全,绝缘子上的冰棱会导致其电场与电位分布的恶化。为探究绝缘子覆冰横向增长现象对绝缘子沿面电场电位的影响,利用ANSYS仿真软件,建立500 kV复合绝缘子覆冰有限元模型。根据输电线路现场与实验室中绝缘子覆冰出现的冰棱横向增长现象,在仿真模型中改变冰棱长度、角度、位置以及横向竖直冰棱同时出现等情况,对比分析不同工况下各覆冰形态对复合绝缘子电场电位分布的影响。仿真分析表明：雨凇条件下,覆冰横向增长冰棱长度、位置的改变对复合绝缘子沿面电位电场分布的影响较小;随着冰棱铅垂角度减小,复合绝缘子沿面电场电位分布畸变增大,竖直覆冰对复合绝缘子沿面电场电位分布起主要影响。     

超高压同塔双回输电线路复合绝缘子电位分布研究

沿绝缘子串电场分布不均匀,确定并控制绝缘子串电位分布特别重要.基于有限元方法,考虑铁塔、分裂导线、避雷线等因素的影响建立了超高压输电线路复合绝缘子三维电场仿真计算模型,从而计算得到了沿复合绝缘子的电位、电场分布曲线.分析讨论了均压环、绝缘子型号对复合绝缘子电位、电场分布影响的规律和特点.结果显示:均压环对复合绝缘子两端附近电位、电场分布改善效果显著,安装了均压环后绝缘子各部分电场强度更小,沿绝缘子电位分布更为均匀;不同吨位的复合绝缘子电位分布稍有不同,绝缘子靠近高压端电位分布基本一致,靠近接地端相同长度绝缘距离大吨位绝缘子承担电压较高.     

动车组高压隔离开关用绝缘子电场分布特性及其影响因素仿真分析

车顶绝缘子是动车组的重要绝缘设备,其表面电位分布不均或场强过高可能会导致局部放电,因此有必要对其电场分布特性及其影响因素进行研究。笔者选择Ansys有限元分析软件,建立三维电场仿真模型,对动车组高压隔离开关绝缘子实际结构进行了计算分析。仿真结果表明:绝缘子高压端场强高,随着爬电距离的增大,其下降速度有减小趋势;绝缘子沿周向电位及电场分布存在差异性,随着爬电距离的增大,差异性逐渐减小;车顶导流罩对绝缘子沿面电位及电场分布影响甚微;高压隔离闸刀对绝缘子沿面电位及电场的影响主要体现在1号绝缘子0°方向,其次是2号绝缘子180°方向;高压隔离导杆对1号绝缘子沿面电位及电场分布影响较小,但对2号绝缘子影响较大。文中结果可为仿真模型简化及降低绝缘子端部场强提供依据。