10kV配电线路雷电感应过电压分布特性计算研究

配电线路的绝缘水平较低,线路易受雷击影响产生雷电过电压进而导致闪络等故障,由雷电感应过电压导致的故障占线路故障总数的90%以上。本文研究了一种仿真计算配电线路雷电感应过电压的方法并分析了6种不同因素对配电线路雷电感应过电压的影响。为计算雷电感应过电压,本文选择TL模型作为雷电通道模型,选择Agrawal模型作为场线耦合模型,根据所选数学模型在ATP-EMTP中搭建出仿真模型对雷电感应过电压进行仿真计算,结果表明:雷击点距线路中点最近时线路中点雷电感应过电压是线路最大雷电感应过电压。通过仿真时改变影响因素的数值得到,雷电感应过电压幅值随雷电流幅值的增大而增大,随雷电回击速度的增大而增大,随雷击点到线路距离的增大而减小,随雷电流波头时间的增大而减小,随线路高度的增大而增大,随土壤电导率的增大而减小。研究结果对配网雷电防护具有实际工程意义。     

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。     

配电变压器雷害绝缘故障影响因素及其防护措施研究

配电变压器的安全运行面临着严重的雷害威胁,需要合理分析其雷害绝缘故障影响因素。通过EMTP软件计算配电变压器遭受的雷电直击过电压和感应过电压,根据雷电过电压和绝缘故障出现的随机特性,利用区间组合统计法考虑雷电流幅值、雷电流波头陡度、雷击方位等因素的影响,计算配电变压器雷害绝缘故障概率。讨论线路安装避雷器、变压器高压侧安装避雷器对于降低配电变压器雷害绝缘故障的防护效果。分析结果表明:配电变压器雷电过电压波形均存在一定程度振荡,感应过电压波形振荡更为剧烈,但雷电直击过电压对变压器绝缘危害更大;配电变压器过电压概率密度分布曲线随着雷电流波头时间的减小、雷击点距线路水平距离的减小而整体右移,出现高幅值过电压的概率增大,导致变压器绝缘故障概率随着波头时间的减小、雷击点距线路水平距离的减小而增大。配电线路和变压器高压侧安装避雷器能够有效减少变压器雷害绝缘故障,但防护效果受接地电阻影响非常大,因此需要尽可能降低避雷器接地电阻以减少绝缘故障。     

10kV架空配电线路感应雷过电压暂态特性分析

研究架空配电线路的感应雷过电压特性对分析配网雷击风险有重要意义。基于传输线模型和电磁场理论,计算了回击过程产生的空间电磁场,先导发展过程产生的静电感应影响了线路上的过电压波形。采用Agrawal场线耦合模型和时域有限差分法(FDTD)求得导线上产生的散射电压。通过与文献实测结果对比,验证了方法的有效性。针对典型的10kV架空配电线路,分析了先导发展速度、雷击点与导线间的水平距离、导线高度和雷电流幅值不同时的感应过电压波形特性。结果表明:先导发展速度越快,感应雷过电压波前时间越短,过电压幅值越大,越容易造成线路绝缘闪络。     

基于ATP-EMTP的10kV配电线路雷击性能研究

针对雷击10 kV架空配电线路时,配电线路直击雷过电压的计算与分析展开了一系列的研究。利用ATP-EMTP软件建立了直击雷过电压仿真模型,对比分析了雷直击杆塔顶部和雷直击相导线两种情况下的直击雷过电压波形和幅值。对10 kV农村架空配电线路遭受高幅值雷电流时的直击雷闪络特性做出了相关计算,给出了遭受高幅值雷电流时的绝缘闪络个数,雷击闪络时的雷电流沿线分布情况。仿真结果表明,雷电流幅值越大,雷击瞬间发生杆塔闪络的范围也在扩大,而且发生闪络的杆塔入地电流沿雷击点向两边递减。     

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。     

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。     

气体绝缘金属封闭输电线路雷电侵入过电压研究

气体绝缘金属封闭输电线(GIL)因其具有容量大、传输损耗少等优点逐步得到推广,需要分析GIL雷电过电压威胁及其相应防护措施。利用EMTP软件搭建500 k V输电线路和GIL模型,计算线路发生反击和绕击情况下GIL雷电过电压,比较过电压暂态特性差异,分析过电压对绝缘威胁及安装额外金属氧化物避雷器对过电压的抑制效果,讨论GIL上避雷器安装位置对防护效果的影响。分析结果表明:线路发生反击时,GIL过电压波形振荡比绕击时剧烈,但过电压幅值要低于绕击情况。距离雷击点越远,GIL过电压幅值越高。GIL过电压随着雷击电流幅值的增加而增大,在GIL上安装额外避雷器基本能够实现有效雷电过电压防护,但防护效果受避雷器安装位置影响。     

采用避雷器防止绝缘导线配电线路的断线事故分析

绝缘导线配电线路断线是我国城市电网大量采用绝缘导线出现的新问题 ,采用避雷器能有效降低绝缘导线配电线路的断线事故。作者分析了安装避雷器对限制线路雷电过电压的作用 ,讨论了避雷器的保护效果及安装密度 ,同时也分析了采用避雷器存在的问题。     

基于EMTP的配电系统终端雷电感应过电压防护分析

配电线路因雷电感应导致故障的比例要远高于雷电直击,因此需要合理分析配电系统终端的雷电感应过电压防护。通过EMTP中的MODEL模块编程计算线路雷电感应过电压,分析雷击点距线路垂直距离和回击速度对配电终端过电压的影响,讨论不同负载性质下终端过电压随低压线路长度趋势,最后分析配电终端前安装SPD的防护效果。分析结果表明:10 kV线路附近发生雷击时,传递至低压配电终端的雷电感应过电压幅值仍然较高,会超过设备冲击耐受电压;配电终端雷电过电压随着雷击点距线路垂直距离的增加而降低,随着回击速度的增加而增大;配电终端过电压在阻性负载与感性负载幅值较小情况下随着220 V线路长度增加而降低,在容性负载情况下随着线路长度的增加而增大。配电终端前安装SPD后能够有效降低负载过电压,较好地保护终端设备。     

一种防绝缘导线雷击断线用带导弧角的串联间隙避雷器及其间隙距离确定

通过分析架空输电线路雷击断线机理,设计了一种由避雷器本体与高压穿刺电极组成的新型金属氧化物避雷器。高压电极与绝缘导线穿刺连接,在直击雷或感应雷作用下,引出高电位对避雷器本体顶端进行放电,即使发生避雷器本体损坏的情况,工频续流弧根也能转移至导弧角上灼烧,避免绝缘导线因烧灼而断线。并基于间隙放电电压的不稳定性,提出了基于韦伯分布的带间隙避雷器的间隙距离确定方法,通过大量的雷电冲击放电试验和数据处理分析,得到了高压穿刺电极的安装位置与间隙距离,避免了绝缘导线因雷击而发生断线故障。     

基于避雷器在煤矿变压器中性点事故运用分析

煤矿配电网变压器中性点一般对地绝缘,一旦发生雷击事故,将在中性点产很高的过电压而损坏变压器。因此对雷击下变压器中性点过电压表现特性及引入过电压保护设备后的限压效果研究具有非常大的实际意义。笔者针对山西煤矿集团万家庄煤业35 kV变电站主变中性点对地放电和母线短路故障,调研煤矿配电网防雷现状,结合雷电波过电压传播理论及35kV变压器中性点绝缘性能,分析中性点对地放电事故的原因。并提出线路绝缘子与可调保护间隙的绝缘匹配和、变压器中性点经氧化锌避雷器接地等改造措施。并利用电磁暂态分析程序ATP-EMTP对雷电波过电压侵入变电站情况下变压器中性点经过避雷器接地进行仿真,验证在变压器中性点增设避雷器来限制中性点雷电波过电压的措施是可行的。     

雷击交流侧同塔双回线路时换流站过电压特性

超高压电网多采用同塔双回或多回线路,由于杆塔较高,遭受雷击时可能造成多回线路闪络。依托某换流站500 kV交流侧系统,利用EMTP/ATP建立电站雷电侵入波过电压计算模型,研究换流站交流侧同塔双回线路遭受雷击时站内设备上过电压特性以及与单回线路的区别。结果表明:雷击同塔双回线路杆塔时,在两回线路均闪络的情况下,换流站设备上反击侵入波过电压在双线运行方式下幅值远高于单线运行方式,且过电压最大值一般是在雷击进线段第二基杆塔TW_2时出现,反击过电压特性与雷击单回线路差异较大;而同塔双回线路绕击侵入波过电压规律与单回线路类似,单线运行方式下设备过电压高于双线运行方式,且过电压最大值一般出现在雷电绕击距离换流站最近的TW_1附近线路。     

线路调爬对变电站雷电侵入过电压影响的研究

以江苏220 kV线路发生的雷电侵入波事故为例,利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,建立相应的输电线路-变电站模型,并结合线路过电压传输过程,分析线路绝缘子爬调前后以及避雷器的布置情况对雷电反击和绕击侵入过电压波形的影响。仿真结果表明,随着线路绝缘子绝缘水平的提高,雷电侵入波的振幅和陡度增加,从而导致变电站入口处避雷器中的剩余电压和电流更高。安装变电站入口避雷器,可减小侵入过电压对变电站内主变及其他电气设备造成的影响。在增加绝缘子串的数量时,应考虑变电站设备的绝缘水平可能会导致避雷器故障,从而引发电力事故。     

10kV架空绝缘导线雷击断线原因机理分析及防护措施

10 kV配电网架空绝缘导线经常发生雷击断线事故,严重影响配电线路的供电可靠性。笔者结合海南地区某10 kV配电线路的具体实际情况,通过现场调研及大量的理论分析计算,对架空绝缘导线雷击断线事故的原因和机理进行了深入剖析,并提出了提高线路绝缘水平和安装引弧跳线等预防架空绝缘导线雷击断线的措施,现场运行表明,这些措施对预防绝缘导线断线事故的发生效果十分显著。     

基于正态分布雷电参数的220kV线路雷击跳闸模拟

假定雷电参数的统计变化服从自然对数正态分布,随机抽样雷电流幅值和波头时间、导线工频瞬时电压,用蒙特卡罗法计算线路雷击跳闸率。模拟结果显示考虑工频电压叠加对绕击闪络次数影响不大,对反击闪络次数有一定影响,但在220 kV线路防雷计算可以忽略,与广西电网某220 kV输电线路雷击跳闸率统计值对比吻合。规程法计算雷击跳闸率偏向于保守,基于正态分布雷电参数模型能合理解释小幅值大陡度雷电流引起的绝缘闪络,大幅值小陡度和小幅值大陡度雷电流引发雷击闪络的频率接近。     

配电网保护间隙保护距离的研究

配电网保护间隙在提高线路跳闸重合率和防止架空绝缘导线雷击断线上,取得了较为显著的效果。但在实验中发现相对于避雷器动作时间,保护间隙动作时间和绝缘子动作时间相差不多。从保护间隙和避雷器动作时间不同出发,在分析保护间隙保护距离时考虑了保护间隙闪络时间对保护间隙保护距离的影响。先通过实验确定绝缘子和保护间隙的伏秒特性曲线,然后利用相交法计算出不同等级雷电过电压下保护间隙和绝缘子动作时间,最后根据保护间隙和绝缘子的动作时间差和雷电波在线路上传播的速度计算出不同等级雷电过电压下保护间隙的保护距离。计算方法可以为保护间隙在工程设计中提供指导。     

架空金属线路雷电感应电流热效应分析

定量估算了雷电感应电流在单、双股架空铝、铜金属线上的最大温升,分析了相关参数与最大温升之间的关系,并对最大温升能熔断多大截面的架空金属导线问题进行了计算分析。结果表明:雷电感应电流在单股架空铜和铝金属线路上产生最大温升随导线截面积q的减小而成指数增大;随架空线路高度hd的增大而增大,其变化率随雷电流幅值的增加而增大;随雷击电流幅值I的增大而增大,其变化率随雷击电流波下降沿半值时间的增加而增大。雷电感应电流在双股架空铜和铝金属线路上产生最大温升随两股导线之间距离的减小而成指数增大。雷击架空金属线路附近时,雷击电流在架空金属线路上形成的雷电感应电流使之产生的温升一般不能熔断1.5 mm2以上的单股架空铜和铝导线,但存在熔断架空护导线的可能性。     

500kV气体绝缘输电线路雷电侵入波暂态特性分析

气体绝缘金属输电线路(GIL)因其适合于远距离、大容量电力传输应用前景广泛,必须合理分析GIL雷击暂态特性以提高其防雷水平。介绍GIL技术相关优点,在ATPEMTP中建立500 kV架空线路、杆塔和GIL模型,分析雷电绕击和反击情况下GIL暂态过电压,比较GIL和XLPE过电压幅值差异,讨论避雷器对GIL侵入波过电压防护效果。仿真结果表明:绕击情况下GIL暂态过电压高于反击情况;GIL末端过电压高于其首端过电压,且随着GIL长度的增加,侵入波过电压幅值降低;在GIL首末两段安装避雷器能够有效提高其安全裕度;同等条件下,GIL雷电侵入波过电压高于XLPE电缆。GIL技术具体应用时需要详细分析其暂态特性。     

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。