500kV升压站雷电侵入波过电压影响因素分析

雷电侵入波过电压是500 k V敞开式升压站雷害事故的主要原因。用ATP-EMTP软件对某500 k V升压站雷电侵入波过电压进行计算分析,研究了雷击点位置、杆塔冲击接地电阻、避雷器至主变距离、电缆进线型号以及冲击电晕对雷电侵入波过电压的影响规律,计算了500 k V电缆进线升压站避雷器的保护距离。研究表明:降低杆塔冲击接地电阻并非总是可以降低侵入波过电压,对于各基杆塔,存在一个最有效的降阻区间;冲击电晕对500 k V升压站雷电侵入波过电压影响显著,且对于不同设备及在不同运行方式下,其影响也不同。     

雷击下共享杆塔接地方案优化

为了获取不同情况下杆塔上的电流和电位分布、接地网的地电位分布以及电缆电磁骚扰情况、提出共享杆塔优化设计和过电压防护策略需要研究适用于共享杆塔的建模方法、明确共享杆塔上电力线路与通信设备之间的相互作用机理.本研究基于已有杆塔结构建立仿真模型,然后以模型为基础计算获得雷击情况下不同接地方法对应的共享杆塔上电流和过电压分布情况和接地网地电位升分布情况.通过总结明确接地方式、接地网尺寸、通信设备安装位置、连接方式等对雷击共享杆塔接地方案的影响,对实际工程中相关结构和参数的选取给出了指导意见.     

考虑雷电过电压的风电机组拓扑结构优化

风力发电机遭受雷击时,塔筒内控制电缆、塔基处以及箱式变压器低/高压侧都会出现过电压,且过电压还会通过集电电缆和联合接地装置传到其他风电机组.为研究雷击风电场时引起的暂态电压,建立了包含风力发电机、集电电缆、箱式变压器的等效模型.考虑了雷电流参数、风力发电机接地电阻大小及风电场拓扑结构对风电场过电压影响.结果 表明:单台风电机组遭受雷击的情况下,风电机组过电压值与雷电流幅值成正比,且波前时间为8.0 μs和20.0μs时,雷电流幅值对控制电缆缆芯过电压影响很小;风电机组过电压值与波前时间成反比,且雷电流幅值为100 kA时箱式变压器高压侧过电压受波前时间影响很小;过电压值与接地电阻正相关,但接地电阻越大,正相关系数越小.多台风电机组联合的风电场遭受雷击情况下,直接遭受雷击的风电机组中会产生很高的过电压,越远离雷击点的机组中过电压越小,链形结构风电场中有停运风险的机组最少,所以仅考虑雷击风电机组的情况下,链形结构为风电场最优拓扑结构.     

海上风电场电缆-架空线输电系统雷击过电压暂态分析

为了研究大型海上风电场海底电缆-架空线输电系统雷击过电压的问题,在充分研究输电系统结构的基础上,使用PSCAD/EMTDC仿真软件搭建暂态计算模型。考虑工频电压对雷击过电压的影响,重点研究分析了电缆长度、杆塔接地电阻、雷击距离、雷电流幅值等因素对暂态过电压的影响及其原因。仿真结果和分析表明:杆塔接地电阻和雷电流幅值的增大、雷击距离和电缆长度的减小会导致雷击过电压的增大。考虑避雷器的优化配置,能有效抑制海底电缆首末两端的过电压幅值,相关结论为海上风电场电气系统的防雷绝缘设计提供了一定参考。     

配网小电阻接地系统过电压与人身安全性仿真研究

随着城市配网电容电流的骤增,小电流接地方式逐渐难以满足电容电流补偿需求,部分地区采用了小电阻接地方式,因此对改造后系统的过电压与人身安全研究很有必要。首先从理论角度总结了现有的几种中性点接地方式的优缺点;其次基于Mayr电弧模型,采用EMTP-ATP软件计算了各种接地方式下系统单相接地弧光过电压;最后结合ANSYS和CDEGS软件计算了小电阻接地系统发生单相接地时故障点的跨步电压并进行评估。研究表明:小电阻接地改造后,系统单相接地引发的过电压显著减小,数值不超过2. 42 p. u.;站外单相接地发生时,导线直接接地短路的情况对人身安全威胁更大,可采用电缆线路及减小小电阻阻值来抑制。     

220kV变电站接地散流事故研究

针对某变电站雷击导致绝缘子炸裂事故进行分析和研究,通过现场勘查分析,事故原因主要是由于避雷针接地问题导致。提出增设均压环、避雷针接地体进行冲击优化以及避雷针接地体与主接地网进行连接等措施,同时采用实验室高压试验和ATP仿真软件分别对均压环均压效果和连接主接地网降低残余过电压进行验证。结果表明,均压环能够有效的改善绝缘子串的电压分布,避雷针接地与主接地网连接很大程度上降低避雷针残余过电压。降低变电站雷击事故的发生,提高电力系统的供电可靠性。     

接地网形式对近水源区杆塔接地网外延降阻影响

为研究雷击电力杆塔时杆塔接地网降低接地电阻的效果，建立近水源平原和山区的单桩塔接地网和四桩塔接地网模型，计算不同土壤电阻率、电流频率下接地网形式对近水源区杆塔接地电阻的影响，并对比分析平原和山区地势条件下杆塔接地网形式的最优方案。仿真结果表明：接地网的接地电阻随着土壤电阻率和电流频率增大而升高。对于近水源的平原地区，单桩塔“米”字型接地网在单桩塔中降阻效果最显著，以单边外延接地网为比较基准，在工频和高频条件下的平均降阻效率分别为64.49%和76.15%;四桩塔方框带射线和垂直接地极型接地网在四桩塔中降阻效果最显著，以方框型接地网为比较基准，平均降阻效率在工频和高频条件下分别为56.99%和44.68%。对于近水源的山坡地区，单桩塔“米”字型接地网降阻效果在单桩塔中最显著，以单边外延为比较基准，在工频和高频条件下的平均降阻效率分别为48.11%和55.93%。四桩塔方框带射线型接地网、方框带射线和垂直接地极型接地网、方框射线末端带垂直接地极型接地网降阻效果差距不明显，以方框型接地网为比较基准，在工频条件下和高频条件下平均降阻效率分别为64%左右和71%左右。     

柔性石墨接地体与金属接地体散流特性对比

不同接地材料因其电磁参数的不同使得接地体的工频与冲击散流特性有区别。针对石墨、锰铜和钢三种接地材料进行仿真建模计算,建立了输电线路杆塔接地网常用的方框带射线型接地网模型,分别对比分析了三种接地材料在不同频率电流、不同土壤电阻率条件下的冲击散流特性,阐述了接地体散流特性对接地阻抗的影响。通过对比分析可知:在高频电流、高土壤电阻率条件下,柔性石墨接地体在远端的散流能力要优于钢接地体,接地阻抗更小。     

10kV架空线路雷击断线研究与防护

由于10kV架空裸导线雷击断线事故频繁发生,难以满足用户对可靠性和安全性的要求。以架空线路的结构参数为基础,采用ATP-EMTP仿真软件建立配电网感应雷击过电压模型,研究分析雷电发生时绝缘子两端的电压变化,比较各种防雷措施对限制雷电过电压的效果,得到了一定线路参数下的仿真数据。并结合雷击断线现场实际情况进行分析,提出了"综合防治"雷击过电压的措施,有效降低了绝缘子两端的雷击过电压,对减少架空配电线路雷击断线事故发生,提高配电网的安全可靠运行有重要意义。     

接地网四种典型设计的分析与验证

本文参照国际标准DLT5092-1997要求,对四种典型杆塔接地网的接地电阻进行了计算和验证,分析确定了四种典型接地网的最少用料,并对相关降阻措施进行了探究。杆塔接地网对架空线路杆塔的防雷与对地散流起着至关重要的作用,接地电阻的大小是衡量其安全性的重要因素。低接电阻、持续稳定的输电线路杆塔接地网是减少输电线路雷击事故、维持电力设备安全可靠运行的重要电力设备。     

基于CDEGS某110kV变电站接地网改造安全状态评估

针对某110 k V变电站在施工过程造成该变电站围墙外部分接地网破坏,需要对该变电站进行修葺改造的情况,利用CDEGS仿真软件对该变电站的接地网特性参数进行仿真,根据该仿真计算及评估得出接地阻抗、工频接触电压、工频跨步电压、冲击接触电压、冲击跨步电压不合格的现状,提出合理的改造方案。     

湘西110 kV变电站雷击现场事故研究

针对湘西某110kV变电站雷击事故事例进行现场研究和分析,确定事故是由于引下线跨距大、缺少避雷器以及接地扁钢腐蚀,从而使得龙门架残压过高,导致反击设备的发生。根据防雷接地相关理论知识及工程实践经验,提出引接线安装避雷器、更换接地扁钢、铺设垂直接地体以及辅助圆形接地网等改造方法。同时采用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP对加装避雷器限制过电压幅值以及圆形辅助接地网降阻效果进行仿真验证,仿真结果表明该改造措施能有效的降低过电压幅值及接地电阻值。对该雷击事故现场分析和研究,不仅提高了该变电站的供电可靠性,同时能够为其它变电站的建设及防雷改造提供实际施工意义。     

10kV配电变压器雷击过电压仿真计算研究

为了对配电变压器雷击故障原因进行深入分析,提出合理的变压器保护措施,论文以10kV配电变压器为研究对象,通过对变压器雷击故障类型的分析认为抑制线路侵入波是保护配电变压器的重要途径;分析了变压器参数以及避雷器参数,并用ATP软件建立了直击雷和感应雷过电压模型;针对具有避雷器及不具有避雷器两种情况,计算出了雷击时入侵10kV配电变压器的过电压参数;通过对两种情况下波形和幅值的分析,分别提出了变压器防御直击雷和感应雷的相应措施。     

接地网置于地下车站结构顶板上方的电气安全性参数研究

为了研究接地网置于地下车站结构顶板上方时的各项安全性参数,以便总结接地网置于地下车站结构顶板上方这一情况的可行性和适用性条件,在CDEGS软件中建立起了接地网的仿真计算模型。首先对比接地网在车站结构底板下方和结构顶板上方的工频接地电阻值区别,其次展开了车站结构顶板上方的土壤电阻率、结构顶板上方覆土土壤厚度和接地网网格尺寸、导体直径的细化研究。结果表明车站结构顶板上方的土壤电阻率和土壤厚度对接地电阻值起重要作用,接地网的网格尺寸和导体直径对电阻值的影响甚微。最后对接地网上方地表的接触电压和跨步电压等安全性指标进行了研究,结果表明：当发生严重的短路接地故障时,在车站结构顶板上方设置接地网并不会引起地表上方的接触电压、跨步电压超标,具有较高的安全系数,证明在地下车站结构顶板上方设置人工接地网相关安全性参数是符合相关要求的。研究结论可以为该类地下车站接地网的设计和施工提供参考,有助于工程实际中在车站结构顶板上方设置接地网的设计与施工指导,具有工程实践应用指导价值。     

一种用于计算雷击接地网时最小冲击接地阻抗值的方法

为了研究接地网在雷击时冲击接地阻抗的特性,提出了一种型等值电路,在考虑火花效应的条件下,运用ATP-EMTP仿真软件对接地网进行分析计算。将土壤电阻率以内分为四个区间,每个区间对应一个地网有效面积值。并运用多项式回归分析软件得出相应区间的冲击接地阻抗拟合公式,能方便计算不同条件下冲击接地阻抗的最小值。为防雷接地工程计算提供参考依据。     

雷击临近建筑物土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护

为研究雷击配电线路附近建筑物时,土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护效果,采用专业防雷计算软件CDEGS建立建筑接地网及临近配电线路雷电过电压仿真模型,分析了配电线路与临近建筑接地网间距、土壤电阻率、雷电流幅值和配电线路接地网长度对配电线路上雷电过电压的影响,并仿真验证了引流法和绝缘间隔法的防护效果。研究结果表明：配电线路电位随间距的增大而减小,随土壤电阻率和雷电流幅值的增大而线性增大,受配电线路接地网长度影响不大;引流法和绝缘间隔法能有效地降低配电线路接地体上电位,水平外延法引流降压效果更好,可以将配电线路接地体上电位降到56 kV以下,有效地避免雷电反击事故发生的概率。本研究可为实际配电线路雷电过电压和防护提供参考。     

风电场中直击雷的防护和研究

风力发电场中输电线路是防雷保护的重要部分,当直击雷击在输电线路上时,不仅会对线路本身带来破坏,其产生的侵入波过电压将顺着线路传递至风电机组,可能会引起变压器的损坏,从而导致风电机组的停运。以某风力发电场雷击事故为例,将通过电磁暂态软件程序ATP/EMTP建立雷电直击输电线路的模型(雷电流模型、杆塔模型、输电线路电缆模型、避雷器模型、绝缘子串模型和变压器模型),通过仿真计算出升压变压器上的暂态过电压和流过电缆的最大雷电流,并仿真了在安装线路避雷器和降低接地电阻时,雷击点处的雷电过电压和过电流值。最后通过综合对比提出了在1号、2号杆塔安装避雷器和降低杆塔接地网电阻值的两种保护措施来对风电场场内输电线路进行有效防雷。     

基于ATP-EMTP的10kV配电系统不同中性点接地方式电气特性仿真分析

中性点接地方式的选择对10 k V配电系统的运行及故障处理具有重要作用。笔者据此详细阐述了10 kV配电系统中性点接地方式,并根据实际参数建立了10 k V配电系统中性点接地仿真模型,分析了不同方式下的电流电压特性,得出以下结论:小电阻接地的故障点电流远高于其他接地方式,且故障和非故障线路的零序电流差异较大,而小电流接地方式下的零序电流基本一致,对故障选线造成困难;小电阻接地方式下,工频过电压和弧光接地过电压约为不接地方式的82%、51%,可采用绝缘水平较低的电气设备,减少10 k V配电系统投资;对于该系统,小电阻接地优于不接地和消弧线圈接地方式。结合以上结论,笔者从继电保护配置、过电压、通信干扰以及人身安全等方面给出了小电阻值的选值:5Ω～10Ω,对该系统中性点接地方式改造有一定的工程指导意义。     

考虑多基杆塔接地散流线路临近管道雷击过电压研究

由于目前输电线路与管道常交叉、并行架设，当雷击杆塔时雷电流会沿杆塔两侧避雷线流向相邻多基杆塔，而杆塔接地散流不可避免会对临近管道产生过电压影响。针对多基杆塔接地散流下管道过电压进行仿真计算并提出管道过电压防护方法。首先利用电磁暂态软件ATP-EMTP搭建输电线路雷电暂态计算模型，计算不同土壤电阻率下多基杆塔雷电流分布特征；然后基于多基杆塔雷电流分布特征，搭建多基杆塔接地网-油气管道散流计算模型，计算分析土壤电阻率、“管-线”间距及雷电流幅值等因素对管道过电压的影响；最后对比分析“接地排流线”、“迫向换流”等方式对管道过电压的防护效果。研究结果表明：土壤电阻率增加使杆塔接地电阻变大，从而使得杆塔分流系数会逐渐减小；相较单基杆塔模型，考虑多基杆塔接地散流会加剧管道过电压问题，土壤电阻率和雷电流幅值增加将导致管道过电压升高，“管-线”间距增加会导致管道过电压降低；敷设排流线和采用迫向换流等方式均可有效降低管道电位。     

有关电力系统接地网设计问题探讨

本文运用工程实例,对接地网工频参数进行计算,并对不同面积接地网在不同导体根数情况下的计算结果、地表电位分布、接触电压、跨步电压以及接地网水平导体最优的布置方案进行了分析。