屋顶光伏发电系统雷击浪涌防护

屋顶式光伏发电系统应用前景广泛,对其供电可靠稳定性的要求也越来越高,因此做好屋顶光伏发电系统的雷击浪涌防护至关重要。分析了屋顶光伏发电系统雷击浪涌危害途径,利用EMTP软件搭建外部防雷系统和光伏发电系统等效电路模型,计算雷击接闪器时光伏发电系统浪涌过电压,讨论雷电流幅值、接地电阻和SPD保护模式对降低雷击浪涌危害的防护效果。分析结果表明:雷击建筑外部接闪器时,绝大部分雷电流经由引下线泄散,流经直流电缆的雷电流较小;光伏阵列和逆变器过电压随着雷击电流幅值和接地电阻的增大而增加;在直流电缆正极、负极与引下线之间均安装SPD能够取得最好的防护效果,逆变器端口电位差最小。屋顶光伏发电系统雷击浪涌防护需要良好的接地和充分的SPD防护。     

雷电过电压作用下配电网电涌保护器配合 保护失效概率分析

为了有效利用电涌保护器进行雷电防护,需要对雷电过电压作用下配电网SPD配合保护进行分析。本文利用EMTP软件搭建简化配电系统模型对IEEE标准推荐压敏电阻片模型进行仿真冲击,通过累积能量计算前后级SPD失效概率以及整体配合失效概率,计算前后级SPD残压与分流,讨论雷电流的波尾时间、前后级SPD连接电缆长度、通流容量对配合失效概率的影响。研究结果表明:SPD两级高低配合方式下,终端用电设备过电压得到了有效的抑制;前级SPD承受大部分雷电流和能量;前后级SPD失效概率及整体配合失效概率均随着雷电流波尾时间的增大而增加;整体配合失效概率和前级SPD失效概率随着连接电缆长度的增长而增加,后级SPD失效概率随着连接电缆长度的增长而降低。SPD通流容量对失效概率有一定影响,通流容量越大,整体配合失效概率越低。应选用通流容量较大的SPD作为前端防护器件。     

组合波作用下负载性质对电涌保护器配合影响研究

负载性质对于组合波冲击下的浪涌保护存在一定影响,研究负载性质对电涌保护器(SPD)配合的影响具有重要意义。利用PSCAD软件搭建组合波发生电路,采用IEEE推荐的氧化锌压敏电阻等效模型,分析阻性、容性、感性负载幅值对负载端过电压的影响,讨论负载性质对前后级SPD电流分流比与吸收能量的影响。仿真结果表明:阻性负载和容性负载对负载端过电压数值影响不大,感性负载对负载端过电压数值影响较大;电容幅值越小,负载端过电压波形振荡越明显。前后级SPD分流比随着负载幅值的增加而降低;分流比受连接电缆长度影响较大,前后级SPD连接电缆越长,分流比越高。随着负载幅值的增大,前后级SPD能量吸收比均有所增加。阻性负载和容性负载下SPD配合效果较感性负载好。     

屋顶太阳能光伏系统的SPD防护模式分析

做好屋顶太阳能光伏系统的雷击浪涌过电压防护对于确保其长期稳定运行十分重要。利用PSCAD软件搭建屋顶光伏系统电路模型,计算建筑外部防雷系统遭受雷击时光伏阵列边框和逆变器直流侧浪涌过电压,分析了不同雷电流波形下SPD的防护效果,讨论不同SPD保护模式的优劣。分析结果表明：未安装SPD时,即使与建筑外部防雷系统进行了等电位联结,遭受雷击后光伏阵列边框和逆变器直流侧仍会出现较高幅值过电压,且雷电流波头时间越短,过电压幅值越高;安装SPD后,雷击浪涌过电压能够得到有效遏制,保护设备免遭损坏。综合考虑不同SPD保护模式的保护效果与能量分配,推荐在直流线缆正极、负极、引下线三者之间均安装SPD,以实现对内部电气电子设备的精密防护。     

不同雷电侵入方式下线路避雷器放电电流分析

国标中规定避雷器标称放电电流是用来划分避雷器等级的、具有波形的雷电冲击电流峰值,它关系到避雷器选择、试验考核及运行应力。然而实际运行中,避雷器(简称MOA)放电电流与8/20μs相去甚远。本文通过搭建500kV线路避雷器模型,对不同雷电侵入方式下线路MOA的放电电流进行了仿真计算,结果表明:雷击塔顶及绕击情况下MOA放电电流波头均比8/20μs短得多;相同雷电流幅值下,雷电流波头越长,MOA放电电流波头也越长且幅值越低;相同雷电流波形下,雷电流幅值越高,MOA放电电流幅值也越高且波头越长,且安装相数及雷电波波尾对MOA放电电流影响不大。本研究对避雷器的合理试验提供了一定的依据。     

振铃波作用下低压配电系统SPD防护失效概率分析

真实雷电过电压呈明显衰减振荡过程,因此需要对振铃波作用下低压配电系统SPD保护进行分析以模拟真实雷电作用。利用EMTP软件搭建0.5μs-100 kHz振铃波发生电路,采用P-G压敏电阻模型对TN-C-S配电系统进行仿真冲击。分析冲击电压幅值与接地电阻对SPD防护效果的影响,从能量角度计算压敏电阻失效概率,讨论冲击电压幅值与接地电阻对失效概率的影响。分析结果表明:TN-C-S配电系统中在L线与N线、N线与PE线间安装SPD时,线路残压能够得到较好的抑制,L-N线间SPD残压和通流远大于N-PE线间SPD;L-N线间SPD的残压随着冲击电压幅值和接地电阻的增大而增加;SPD失效概率也随着冲击电压幅值和接地电阻的增加而增大;B类位置振铃波波形对SPD的威胁要高于A类位置。为确保SPD的防护效果,需要尽可能降低其接地电阻。     

配网线路避雷器雷电放电电流和吸收能量特性分析

配网线路避雷器雷击放电电流特性是其动作负荷、残压、型号选择、试验考核和运行寿命评估的关键依据。在建立配电网输电线路防雷计算模型的基础上,用电磁暂态计算程序ATPEMTP对无避雷线的典型10 kV配电线路在不同雷击途径下流经线路避雷器的雷电放电电流和吸收的雷电放电能量进行了计算分析。研究了不同波形、幅值雷电流侵入时,不同杆塔冲击接地电阻下,线路避雷器的放电电流和吸收能量特性,分析了雷电流幅值、波形、冲击接地电阻对放电电流的幅值、波头时间、波尾时间和避雷器吸收能量的影响。研究结果表明:雷直击线路时,避雷器放电电流幅值和吸收能量均随冲击接地电阻阻值的增大而减小,而雷击塔顶时相反。     

SPD在不同波形雷电流冲击下的极限应力研究

从实际环境中采集到的雷击波形出发，研究电涌保护器（SPD）在不同雷电流波形下的极限耐受能力，研究数据表明：SPD在不同雷电流冲击下的最大放电电流、通过电荷量与半峰值时间呈幂函数关系。通过此函数关系，可以将实际环境中采集到的电流波形对应应力转换为8/20μs波形下的测试应力，实现在SPD选型和研发测试阶段对所有波形雷电流进行防护设计。     

风电机组变流器雷电浪涌防护实验研究

为了对风电机组变流器进行雷电浪涌防护,设计两组实验对变流器两侧防雷装置浪涌保护器(SPD)接地方式及参数要求进行研究。实验结果表明SPD经变流器框架与电缆共同接地对雷电浪涌过电压防护效果最好;SPD接入点的电压与其电压保护水平呈正相关,当浪涌电流幅值为25k A时,电压保护水平取2.5k V的SPD能满足变流器绝缘配合的要求;实验中发现,变流器正常工作时,近发电机转子侧会产生高频谐波电压。为了防止SPD频繁导通而导致热保护误动作,应选取最大持续工作电压幅值大于谐波电压的SPD型号。实际情况中,SPD接入点与变流器之间连接线路的寄生电感会抬升变流器入口侧电压而严重削弱保护效果,应尽可能减小连接线路长度。     

SPD残压测量回路中差模干扰问题

为了解决限压型SPD残压测量波形严重畸变上凸、幅值偏大的现象,进行了理论计算、EMTP-ATP程序仿真、新旧同轴电缆对比试验和人为将新电缆屏蔽层末端强行接地的试验,结果表明:相同引线长度,相同8/20冲击电流幅值情况下,理论计算、EMTP-ATP程序仿真、新电缆屏蔽层不接地测量残压波形符合要求,引线在SPD上端电压降(U′AB)等于引线在SPD下端的(UAB);人为将新电缆屏蔽层末端强行接地或破损同轴电缆呈现SPD残压波形严重变形上凸,冲击电流幅值越大,上凸越严重,引线在SPD上端时的电压降(U′AB)大于下端的(UAB),且均大于新电缆屏蔽层不接地的测量结果。新电缆屏蔽层接地或破损电缆构成两端接地测量系统,两端接地点存在电位差,通过阻性耦合产生电磁干扰,在同轴电缆屏蔽层和大地之间产生共模干扰电压,芯线和屏蔽层之间产生差模干扰电压。     

架空屏蔽电缆耦合雷电电磁脉冲过程研究分析

针对架空屏蔽电缆耦合雷电电磁波形成过电压侵入室内造成设备损坏等问题。通过对雷电电磁波传输理论及屏蔽电缆耦合雷电电磁波理论的分析,建立架空屏蔽电缆耦合雷电电磁波试验模型,采用impulse current generated system(简称ICGS)雷电冲击平台模拟8/20μs雷电流波形,对长度及终端负载不同的架空屏蔽电缆,分别做雷电冲击试验。得出以下结论:当屏蔽电缆悬空时,其耦合的雷电电磁波能量及残压与长度呈负相关,与冲击电压值呈正相关;当屏蔽电缆终端阻抗匹配时,其耦合的雷电电磁波能量及残压与长度、冲击电压值都呈正相关,但终端接地时,其耦合雷电电磁波能量将明显减小;屏蔽电缆长度越长,其耦合的雷电电磁波电压波形的周期越长,频率越大,能量衰减的越慢,且在波尾位置有明显的阻尼振荡。研究结果对架空屏蔽电缆雷电防护具有一定的指导意义。     

10kV线路避雷器直击雷放电电流的影响因素研究

10 kV线路避雷器雷击放电电流是其试验方法、型号选择和运行寿命评估的关键问题。采用电磁暂态程序(EMTP)和电气几何模型法,分析了首次和后续雷击典型结构10 kV线路杆塔和导线的情况下,首次雷击和后续雷击的雷电流波头、波尾和幅值概率分布、杆塔接地电阻和杆塔高度等因素对避雷器放电电流的影响。结果表明:首次雷击引起的避雷器放电电流幅值、波尾、年预计雷击数比后续雷击大得多;取雷电流中值波头、中值波尾首次雷击杆塔情况下,避雷器放电电流波形能量大于标称放电电流8/20 s波形;雷电流幅值分布中值电流增大,线路避雷器放电电流波头、波尾、幅值和线路年预计雷击数都增加。     

基于ATP-EMTP的风电机组雷击过电压分析与防护研究

基于ATP-EMTP仿真软件对风电机组内部的雷电过电压及其相应的防护措施进行了研究。首先分别针对风力发电机、风机变压器、雷电模型、冲击接地电阻、电缆、电涌保护器(SPD)等建立了ATP-EMTP模型。接着通过仿真计算,分析雷电流在风机系统中的分布,比较了冲击接地电阻阻值对雷电过电压的影响。最后,研究了加装SPD对风力发电机机端出口过电压的抑制效果,证实了加装SPD对风机系统雷电过电压的保护作用。     

实测雷电流波形反演雷电特征参数的研究

安装在500kV运行线路上的雷电流全波形在线监测装置,获得了一次击于输电线路上的有效雷电流波形。对比于雷电定位系统的查询结果,该有效波形在时间、空间、幅值上与之基本一致。通过MATLAB软件处理采集到的有效波形,并与雷电定位系统数据对比。借助电磁暂态仿真程序PSCAD,对雷击位置、雷电流幅值及波形特征进行反演,得到了有关雷电流的特征参数,如雷电流峰值、波前时间、半波时间等,从而实现了雷击位置的定位与雷电流的复现,并为雷电流仿真模型的修正提供了基础数据。     

埋地电缆耦合雷电电磁波的过程及特性分析

针对埋地电缆耦合雷电电磁波形成过电压对精密设备造成干扰及损坏的问题。根据脉冲场作用下地下电缆内感应电压的理论分析,建立了架空电缆、大地、埋地电缆一体化模型,利用模拟8/20μs波形雷电流进行冲击试验,得出以下结论:在埋地电缆终端无负载的情况下,架空电缆与埋地电缆位置相互平行相比于垂直时,埋地电缆耦合到的雷电电压幅值及能量要小;在架空电缆与埋地电缆相互位置一样的情况下,埋地电缆终端无负载时,相比于终端接与其特性阻抗相匹配的负载,埋地电缆耦合到的雷电电压幅值大3~6倍,耦合到的雷电能量大3个数量级左右,研究结果对埋地电缆在实际雷电防护应用中具有一定的参考价值。     

接地系统互连风场雷电浪涌分析

雷电对风电场的正常运行构成了严重威胁,需要详细研究雷电浪涌对其危害。利用PSCAD软件搭建简单风电场模型,分析风机塔筒高度对塔底雷击暂态电位的影响,讨论接地系统互连情况下连接电缆敷设方式、雷击点位置、土壤电阻率对浪涌传播的影响。仿真结果表明:风机塔筒越高,塔底雷击暂态电位越大,波形振荡越明显;接地系统互连能够降低塔底暂态电位,但效果并不显著,连接电缆敷设方式对于降低暂态电位幅值几乎没有效果;采用互连接地系统时,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底入地电流和暂态电位幅值越低;土壤电阻率增大,塔底雷击暂态电位越大,过电压会对变压器等设备绝缘产生危害,需要尽可能采取措施降低塔筒接地电阻。     

基于PSCAD的独立光储微电网雷电感应过电压防护研究

光储微电网是解决偏远地区供电问题的重要手段,有必要做好雷电感应过电压防护以确保系统长期稳定运行。利用PSCAD软件搭建独立光储微电网仿真电路模型,计算微电网内埋地电缆雷电感应过电压,分析感应过电压在系统直流侧和交流侧的传递特性,讨论电缆埋深和电缆长度对过电压幅值的影响,最后分析安装SPD防护效果。研究结果表明：当独立光储微电网直流侧发生雷击时,埋地电缆感应产生较高幅值的过电压,过电压沿线缆传递至光伏阵列和储能系统,交流侧设备不受影响,同样,当交流侧发生雷击时,电缆感应过电压传递至逆变器交流侧和箱变前端,直流侧设备不受影响。电缆埋得越深,传递至光储微电网主要部件的感应过电压衰减越厉害。随着光伏阵列与逆变器、逆变器与箱变间连接电缆长度的增加,光伏阵列过电压减小,储能电池和箱变前端过电压增大,逆变器交流侧过电压则变化不大。在独立光储微电网系统主要部件前端安装SPD后,感应过电压得到有效遏制,能够实现对内部电气电子元件的精密防护。     

标准振荡波作用下负载性质对电涌保护器防护影响的研究

负载性质对于设备的雷电过电压保护存在一定影响,需要详细研究负载性质对电涌保护器(SPD)配合的影响。利用EMTP软件,搭建类似真实雷电过电压的0.5μs-100kHz标准振荡波发生电路,采用P-G压敏电阻等效电路模型进行仿真冲击。分析单级SPD和两级SPD防护下阻性、感性、容性负载幅值对负载端过电压的影响,最后讨论不同负载对应的有效保护距离。仿真结果表明:负载幅值对被保护设备过电压数值影响较大,阻性负载或感性负载情况下,过电压随着负载幅值的增大而增加,容性负载情况下,过电压随着负载幅值的增大而降低。两级SPD防护方式能够进一步降低被保护设备过电压,设备能够得到更好地保护,同时抑制感性负载过电压波形振荡。阻性负载情况下,被保护设备过电压随着SPD与负载间线缆长度的增加而增大,容性负载和感性负载情况下,过电压则呈现先增大后减小的变化趋势。标准振荡波冲击下需要重点考虑感性负载和容性负载的防护。     

配电变压器低压侧负载雷电浪涌防护研究

配电线路遭受雷击后,沿线路侵入的雷电浪涌十分容易导致变压器低压侧负载设备的损坏,有必要对此防护进行研究。利用PSCAD软件搭建配电系统模型,采用高频变压器模型与IEEE氧化锌压敏电阻模型,分析变压器低压侧负载性质对负载端过电压的影响,讨论不同负载下变压器低压侧电涌保护器对应的有效保护距离。分析结果表明:负载端过电压波形存在明显的振荡,阻性负载端过电压衰减较快,感性负载和容性负载端过电压持续时间较长。阻性负载或感性负载幅值较小时,负载端过电压随着SPD与负载间连接电缆长度的增加而减小;阻性负载幅值较大时,负载端过电压随着电缆长度的增加而增大,感性负载幅值较大时则随着电缆长度的增加呈现出先增加后降低的趋势;容性负载端过电压随着电缆长度的增加而增大。Ⅰ类保护水平对应的有效保护距离小于Ⅱ类,无论是阻性、感性或是容性负载,SPD有效保护距离都随着负载幅值的增大而减小。容性负载对应的有效保护距离普遍较小,需要在设备前安装末端SPD才能确保设备得到有效防护。     

风力发电机主轴承的雷电防护分析

风力发电机遭受雷击后,会有部分雷电流通过主轴承泄散,可能会对轴承和发电机造成损害,因此做好主轴承的防雷保护至关重要。利用EMTP软件搭建风机叶片、塔筒、接地体和轴承模型,讨论单独采用火花间隙和增加滑动接触器对于主轴承防护的效果,分析雷电流幅值、波头时间和接地电阻对于二者分流比的影响。分析结果表明:单独采用火花间隙防护时,流经轴承的雷电流幅值仍然较高;增加滑动接触器后几乎全部雷电流经由火花间隙和滑动接触器泄散。火花间隙和滑动接触器的分流比随着雷电流幅值的增加而增加,随着波头时间的增加而减小。风机接地电阻对分流比也有一定影响,分流比随着接地电阻的增加而降低。安装火花间隙和滑动接触器后能够提供良好的旁路分流路径,有效保护风机主轴承和发电机。