天津某220kV GIS变电站雷电过电压防护措施研究

雷电过电压是导致电力系统事故的重要原因之一,研究其防护措施对于保障电力系统安全运行具有重要意义。采用电磁暂态程序ATP-EMTP计算了天津某220 kV GIS变电站的雷电入侵过电压,分析了避雷器配置方式对站内设备过电压幅值的影响,探讨了杆塔冲击接地电阻、主变压器等效电容以及进线电缆长度等因素对雷电过电压的影响。结果表明,主变压器处配置避雷器具有最优的防护效果。随着杆塔接地电阻的增大,设备过电压幅值均增大;随着进线电缆长度的增大,设备过电压幅值均减小;随着主变压器等效电容的增大,设备过电压幅值也均减小。采用电缆连接GIS和主变压器,比架空线连接方式具有更好的雷电防护效果。     

500 kV架空线路雷电过电压与冲击接地电阻关系

为考虑雷击架空输电线路后,雷电流在避雷线、杆塔、接地网和土壤中的动态散流过程,建立了输电线路-杆塔-接地网一体化雷电全波电磁暂态模型,计算冲击接地电阻和反击过电压。基于全波电磁暂态模型,从冲击接地的概念出发,将土壤电阻率、雷电流波前时间和幅值对输电线路的影响直接反映在雷电过电压上,对雷电过电压与冲击接地电阻计算公式进行拟合。研究表明：波前时间减小和土壤电阻率增大均会使冲击接地电阻值与雷电过电压增大。不考虑火花效应时的冲击接地电阻值与雷电流幅值无关,雷电过电压随雷电流呈正比例增大。在进行接地网设计时,应考虑能使雷电过电压值下降的接地网射线的有效长度。     

XLPE电缆参数对天津某220 kV GIS变电站雷电过电压的影响研究

交联聚乙烯(XLPE)电力电缆在220 kV GIS变电站中作为架空-电缆进线或GIS-主变压器连接线已获得广泛应用,但电缆长度、导体截面积对主变压器雷电过电压的影响规律尚不明确。采用电磁暂态程序ATP-EMTP计算了天津某220 kV GIS变电站的雷电入侵过电压,分析了进线和主变压器连接处的电缆长度、导体截面积对主变压器过电压幅值的影响。结果表明,随着进线电缆长度的增大,主变压器过电压幅值减小;随着主变压器连接电缆长度的增大,主变压器过电压幅值增大。随着进线及主变压器连接电缆的导体截面积增大,主变压器过电压幅值减小。     

变阻抗变压器过电压分析

电力系统短路电流严重影响了变压器的安全可靠运行,为限制变压器的短路电流,提出了一种新型的变阻抗变压器,该新型变压器能实现阻抗的自主调节,保障了限流效果的同时还兼顾了经济性。文中介绍了变阻抗变压器的结构及原理,利用PSCAD仿真软件分析了变阻抗变压器过电压的特性及抑制方法。研究结果表明:变阻抗变压器阻抗调节过程中会产生高频高幅值的暂态过电压,在限流电抗器两端并联电容器能有效地抑制暂态过电压的幅值及频率,并能使电抗器绕组电压均匀分布。变阻抗变压器的投入使用有利于提高电力系统运行的安全可靠性。     

宝能220kV GIS变电站雷电侵入波过电压的研究

采用电磁暂态程序ATP-EMTP计算了宝钢220 kV GIS变电站进线落雷时GIS内断路器、隔离开关、母线以及出线套管和变压器上的雷电过电压,比较了不同落雷地点和运行方式下的雷电过电压,分析了金属氧化物避雷器(MOA)的防雷效果。研究表明,雷电过电压小于GIS内设备及变压器的雷电冲击绝缘水平,接线简单的运行方式雷电过电压最严重,现有MOA可以对设备进行有效保护。     

风电场电缆集电系统雷电暂态数值计算

针对风电场集电系统升压变压器和避雷器在雷害事故中大量损坏现状,在雷害事故现场调查的基础上,对风电场电缆集电系统雷电暂态过电压及电流分布进行了数值计算。建立了单台机组模型和多台机组模型,考虑了风电机组数量、雷电流幅值、机组冲击接地电阻等各种因素对雷电暂态过电压和雷电流分布影响。结果表明:避雷器标称放电电流偏小是雷击损坏主要原因,多次回击电流将导致避雷器以及与其并联连接的升压变压器损坏。对于35 kV风电场电缆集电系统,如果风电机组冲击接地电阻很难降低,提高避雷器标称放电电流可以有效解决电缆集电系统雷电暂态过电压和避雷器保护问题。根据计算结果提出了避雷器标称放电电流推荐值,当雷电流幅值50 k A时,标称放电电流5 k A的避雷器可满足要求;当雷电流幅值≥100 k A时,则需要相应提高避雷器标称放电电流。对风电场电缆集电系统,在接线工艺规范的前提下,升压变压器高压侧安装1组避雷器可以满足过电压保护和绝缘配合要求。     

基于简易模型的配电变压器截波过电压仿真分析

雷电冲击电压是变压器经常遇到的幅值较高、陡度较大的暂态过电压。很多配电变压器在现有防雷保护措施下仍被雷击损坏,配电变压器在运行中除了长期经受工作电压的作用外,还会遭受暂态过电压的作用。暂态过电压作用时间虽然较短,但其幅值很高,而且在变压器绕组上分布不均匀,因而对变压器的主绝缘和纵绝缘都有严重威胁。针对配电变压器截波过电压进行了基于简易模型的仿真分析。     

雷电过电压引起断路器主绝缘闪络故障计算与分析

为了更明晰地描述雷电故障的暂态过程,笔者根据故障的实际情况,利用EMTP中的models语言,建立了断路器盆式绝缘子闪络的暂态数学模型,模型中考虑了线路在高频下的频关效应和集肤效应,并从盆式绝缘子发生闪络和不发生闪络2种情况来分析雷电过电压的暂态特性。另外,研究了计及冲击电晕时的雷电暂态特性,对比了不考虑冲击电晕时的雷电暂态特性。研究表明,断路器断口处雷电过电压的幅值超过了雷电冲击耐受电压是其击穿的主要原因;反击雷电过电压幅值低于绕击过电压;当计及冲击电晕时,雷电波形的幅值会下降,阻尼增大,波速降低。     

基于EMTP-ATP的风力发电机雷电电磁暂态特性分析

为解决风力发电机组雷电暂态过程研究的问题,本文根据雷电流在风机系统内的流通路径,利用EMTPATP软件建立了单台风机系统一体化电路暂态仿真模型以及整个风电场电路暂态模型,分析了各部件模型的建立过程与模型中参数的计算方法。该模型将雷电流在风机系统内的传播路径立体地集成在一起,反映雷电流在风机系统各部件内传播时的暂态特性。基于风机系统的一体化电路暂态模型,研究了风机叶片、机舱、塔筒和变压器等部件的雷电暂态特性,并分析了电缆屏蔽层接地方式等因素对风机雷电暂态特性的影响。研究表明塔筒-线芯间的过电压在线芯的上下两端达到最大;电缆金属屏蔽层能有效降低塔筒-线芯间的感应过电压与线芯的雷电流,感应过电压的抑制比可以达到41%,线芯雷电流抑制比可达60%;此外,屏蔽层的接地方式采用两端接地时感应过电压幅值最小。     

采用特高压隔离开关切合固定串补平台的电容式电压互感器的快速暂态试验

采用特高压(UHV)隔离开关切合串补平台时会产生隔离开关的重复击穿和快速暂态过程,可能导致邻近的电容式电压互感器(CVT)发生故障。为系统研究该暂态过程,通过特高压隔离开关切合串补平台模拟试验,测量了CVT上的过电压水平、快速暂态电压和电流波形,并分析了在CVT高压端上加装保护电阻和保护电感对快速暂态的抑制效果。试验结果表明:隔离开关操作时,CVT端口最大过电压约为1.54倍工频试验电压峰值,远小于其雷电冲击耐受电压,不会对CVT造成严重威胁。快速暂态电流振荡主频为500 k Hz,幅值可达2.2 k A,高幅值和高陡度的快速暂态电流可能会导致CVT内部元件局部过热,并产生局部过电压,进而导致CVT损坏。在CVT高压端加装保护电阻和保护电感能有效限制快速暂态电流的幅值和陡度,对CVT具有较好的保护效果。     

海上风电场电缆集电网不对称短路暂态过电压仿真分析

为了研究大型海上风电场电缆集电网不对称短路引起暂态过电压幅值过大的问题,文中使用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立300 MW海上风电场暂态计算模型,重点研究了故障点、机端变压器距母线位置、单条馈线风机数量、运行馈线数等因素对暂态过电压的影响以及短路故障后分闸产生的过电压。仿真分析表明,单相接地短路引起的暂态过电压大于故障后分闸产生的过电压,幅值最高可达2.5 p.u.。在此基础上,文中进一步研究了单相短路故障引起过电压的抑制措施,当避雷器和RC阻容保护器两种装置配合应用在机端变压器高压侧,过电压可抑制到2.24 p.u.,为海上风电场内部电气系统设计和风机端变压器绝缘设计提供了一定参考。     

雷击临近厂房的配电网过电压防护措施研究

为研究引流法和绝缘间隔法对临近厂房线路雷电过电压的防护,建立3种厂房及临近配电线路过电压防护模型,分析了10 kV配电线路与临近厂房接地网间距、土壤电阻率和雷电流幅值对临近厂房线路雷电过电压的影响,并对比了引流法和绝缘间隔法的防护效果。研究结果表明:装设外延引线、敷设垂直接地体和装设隔离带都能有效地降低配电线路过电压,装设外延引线的降压效果最好,降压效率稳定在20%以上;配电线路与临近厂房接地网间距和土壤电阻率对防护后的降压效率有很大影响,但随雷电流幅值的增大,降压效率变化不大。研究结果可为实际雷击配电线路过电压防护提供参考。     

风光储混合系统的雷电过电压仿真

风光储混合系统相比于单一风电场或光伏系统具有多端源载混合的特点，混合系统的端口阻抗网络及其雷电下暂态响应特性与单一系统存在差别。利用PSCAD/EMTDC搭建风光储混合系统的暂态模型，计算风光储混合系统的雷电过电压分布，分析混合系统遭受雷击位置、架空线长度和避雷器接地方式对混合系统过电压水平的影响。结果表明，混合系统中光伏侧遭受雷击时变压器的过电压峰值高于风机侧遭受雷击情况；增大风机侧接入母线的架空线长度或减小光伏侧的架空线长度均可降低混合系统的过电压；风机侧与光伏侧的变压器高压侧避雷器均采用公共接地方式，储能侧采用单独接地方式可有效抑制混合系统的雷电过电压水平。     

GIS中快速暂态过电压及其在变压器绕组中电压分布的计算

计算了实际的110kVGIS中的隔离开关分断短母线产生的快速暂态过电压,给出了GIS中各元件上过电压幅值和上升时间。将变压器端口处的暂态过电压作为激励源,计算了变压器绕组中的暂态电压分布,给出了绕组中不同部位的过电压曲线,饼间电压和电场强度的最大值。指出了快速暂态过电压下绝缘的薄弱环节,为变压器的绝缘设计提供参考。     

10 kV配电变压器雷电过电压及其防治方法研究

10 kV台区配电变压器是配电网最重要的设备之一,但在多雷区时常发生雷击损坏故障。根据台区典型设计和现场勘查结果,建立了雷电直击导线和雷电感应下的电磁暂态仿真模型,分析了配电变压器高压侧绝缘的雷电过电压,结果如下:雷电直击导线后,变压器绝缘承受的电压为避雷器残压和接地引下线电压之和,过电压幅值极易超过标准雷电耐受电压75 kV;雷电感应的能量较小,过电压幅值超过标准雷电耐受电压的概率非常小。同时,研究了加装避雷线对雷电直击过电压的防治效果,发现避雷线可大幅降低过电压幅值,若在此基础上缩短避雷器横担至变压器支架的电气距离,可大大降低变压器损坏概率。     

高铁信号系统多芯扭绞电缆宽频建模研究

为了研究高铁信号系统多芯扭绞电缆暂态过电压特性,指导高铁信号电缆的暂态过电压防护,该文分析了现有电缆暂态模型的不足,提出一种改进计算方法。该计算方法可分为单个扭绞周期长度电缆级联传输线参数计算和电缆多导体传输线时域宽频等效建模两个方面,考虑了芯线间的临近效应和集肤效应的影响以及电缆的扭绞特性。通过与雷电冲击下的转移阻抗特性和传递特性试验对比验证了建模方法的有效性。针对高铁常用的双四线组扭绞信号电缆,建立了其宽频模型,分析了电缆屏蔽接地方式和备用芯线接线方式对电缆芯线雷电暂态过电压特性的影响,结果表明:双端接地方式能明显限制芯线对地暂态过电压幅值;备用芯线与屏蔽层连接并接地可一定程度上降低工作芯线对地暂态过电压幅值。     

500kV GIS变电站雷电侵入波过电压分析研究

500 kV变电站在发生雷电侵入过电压时,雷电波将沿线路传入变电站,严重影响设备的绝缘水平.对金属氧化锌避雷器(MOA)的工作原理、特性以及建模进行了分析,以某500 kV GIS变电站为对象,利用ATP-EMTP(电磁暂态程序)对雷击侵入波过电压进行了仿真研究.计算了变电站进线落雷时GIS内部断路器、隔离开关、电压互感器、电抗器及出线套管和变压器上的雷电过电压,比较了MOA在不同位置和运行方式下的雷电过电压,分析了MOA的防雷效果.结果表明,雷击于#2和#3杆塔时站内电气设备上的过电压幅值最高可达1689.3 kV,通过合理位置加装MOA,过电压幅值降至625.2 kV.     

GIS中快速暂态过电压的仿真计算

采用 EMTP程序仿真计算了天荒坪抽水蓄能电站5 0 0 k V GIS系统隔离开关操作产生的快速暂态过电压。分析了影响过电压幅值的因素、系统避雷器的计数器频繁动作的原因与快速暂态过电压对变压器绝缘的危害     

整流桥式过电压抑制装置的工作机理及应用分析

整流桥式过电压抑制装置能够显著地抑制电炉变压器空载开断时的过电压,但其工作机理和应用尚未得到系统论证。文中在电磁暂态数值仿真分析的基础上,分析了该装置抑制过电压的机理,即利用大容量电解电容器吸收截流后电路中存储的电磁能量,同时过电压的幅值因较小的变压器绕组漏感而得到限制,典型情况下该装置可将过电压降至1.15倍。另外,给出了过电压幅值和倍数的估算公式,分析了变压器的短路阻抗、容量、空载截流值以及端口对地电容等因素对电压倍数的影响,变压器的短路阻抗越小或容量越大,越有利于降低过电压倍数。     

GIS中隔离开关多次重燃弧模型计算与分析

在气体绝缘开关设备（gas insulated switchgear,GIS）中，隔离开关在操作过程中会产生快速暂态过电压（very fast transient overvoltage,VFTO），精确的隔离开关电弧模型对快速暂态过电压的仿真起着关键的作用。文中在分段电弧的基础之上，利用ATP-EMTP软件搭建了隔离开关多次重燃弧模型；为了研究负载端残余电荷对VFTO的影响，文中选取多组不同幅值的残余电压。仿真结果表明：基于分段电弧的多次重燃弧模型产生的VFTO谐波幅值比传统的时变电阻电弧模型要大；隔离开关间隙击穿次数会随着负载侧残余电压幅值的增大而增加，隔离开关两侧和变压器入口VFTO最大值不会造成绝缘击穿，相关数据对变电站绝缘设计有重要意义。