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。     

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。     

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。     

电站避雷器配置方式对雷电动作负荷的影响

电力系统运行中,运行方式的改变、开关的操作或者雷电等扰动,都会形成过电压,对电气设备和电力系统的正常运行造成危害。避雷器具有优异的电气保护特性,常被用做变电站过电压的主保护,但是其保护效果受到其电气性能参数、配置方式的影响。以750 kV变电站为例,研究了电站用避雷器配置方式对雷电冲击下流过避雷器最大雷电流峰值和避雷器吸收能量的影响,即对避雷器动作负荷的影响。避雷器的标称放电电流越大,避雷器的额定电压越高,避雷器的保护水平相应降低,会影响对被保护设备的保护可靠性。     

500kV变电站雷电过电压仿真计算研究

雷电侵入波过电压是变电站发生事故的主要原因之一,500 kV的变电站是电力系统的枢纽,一旦发生雷击事故,必然造成大面积停电,引起严重后果。选择适合的雷电流,输电线路,杆塔,避雷器等的模型,通过ATP-Draw仿真软件对500 kV变电站进行准确的仿真计算,并考虑雷击点位置,杆塔的冲击接地电阻,主变侧避雷器的保护距离等影响因素,通过仿真我们可以发现,近区雷击危害最大;杆塔冲击接地电阻应当尽量减小;主变侧避雷器的保护距离应尽量减小;条件允许的话可以在主变侧加装避雷器以提高保护效果等。这些关系和相应的保护措施对实际工程应用尤其是对变电站防雷和避雷器的应用有一定参考价值。     

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。     

风电场雷电反击暂态计算与分析

根据对某风电场雷害事故的现场调研,风电机组塔外箱式变压器(简称箱变)遭雷电反击损坏严重影响了风电场的安全稳定运行,本文结合风电场实际情况,利用ATP/EMTP仿真软件建立了风机-箱变系统雷电暂态模型,对雷电反击过程进行了仿真计算,分析了接地网冲击接地电阻、风机与箱变电气距离、SPD配置方式对箱变低压侧电位差、流过避雷器电流和避雷器吸收能量的影响。计算结果表明:降低接地网冲击接地电阻,在箱变低压侧加装SPD可以起到不错的防雷效果;对于高土壤电阻率地区风电场,建议在设计时适当增大风机与箱变间电气距离;选用5k A标称放电电流的避雷器耐受塔顶雷击水平约为80k A,在强雷区应选用更大通流容量的避雷器。     

避雷器放电计数器多重雷击动作特性改进研究

受电容器充放电时间常数、电磁式机械翻牌动作时间的限制,以及放电电流的波形差异的影响,实际运行放电计数器存在不可靠动作的问题,尤其是难以记录多重雷击作用下的动作情况,给过电压分析、避雷器动作状态的评估带来困难.因此,笔者在分析传统放电计数器动作特性基础上,提出改进计数器动作特性的脉冲电流提取方法,设计了相应的脉冲电流测量线圈和信号提取电子电路,实测了信号测量线圈和电子电路的准确性.试验证明,该电流提取线圈能可靠还原冲击电流陡波、标准雷电波和操作波电流波形,误差小于0.2％;电子电路能快速记录间隙时间不小于20 ms放电脉冲序列,可有效解决多重雷击作用下的放电计数器动作记录问题.     

雷电侵入波波形对避雷器放电电流的影响

无间隙金属氧化物避雷器的雷电残压特性、雷电动作负载特性是避雷器雷电保护特性的核心特征,这些特性和作用的雷电波有很大关系。利用电磁暂态分析程序EMTP—ATP建立了典型750 k V变电站雷电计算模型,依据国内外捕获的雷电波特征参数统计结果,雷电流的波头约为1μs~5μs,波长约为20μs~100μs,选取了有代表性的5种雷电侵入波波形,即1/20μs、1/100μs、2.6/50μs、5/20μs、5/100μs。研究了不同雷电侵入波对避雷器放电电流的影响。     

ZnO电阻片大电流通过次数与寿命的关系

从冲击老化机理,冲击老化与冲击电流峰值、波形、作用次数以及环境温度因素的相关性等方面,阐述了ZnO电阻片中流过冲击大电流的次数与寿命的关系。通过试验观察ZnO电阻片在冲击作用下的老化情况,测量ZnO电阻片变化率、功率损耗等参数来反应老化程度,分析了不同冲击电流峰值、不同波形及不同温度下的冲击次数对避雷器寿命的影响。并以此总结出一种反映避雷器大电流通过次数与寿命关系的规律,给出了以超过避雷器标称放电电流一定值的大电流通过避雷器的次数,作为避雷器寿命终结的判据。     

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。     

不同波形下冲击电流发生器的搭建

避雷器残压试验中,国标规定的雷电冲击标准波形为8/20μs及陡波冲击1/10μs,然而在实际过电压保护中,避雷器遭受的雷电冲击电流差异性很大,完全不同于标准规定的冲击电流波形,此时的残压特性将会与标称放电电流时有很大不同,通过理论分析和合理试验搭建了输出波形为15/40μs、8/20μs,4/10μs,1/4μs、幅值范围为1～20 k A冲击电流发生器,并给出了回路的基本设计参数及波形调节原则,即先确定C并将L、R调至最小,后依据波形调节L及R。结果表明:电感或电容的减小均会使波头时间变短;电阻的增大会使波头时间变短,波尾变长。搭建的冲击电流发生器均能产生满足国标要求的冲击电流波形,为研究避雷器不同的残压特性打下了基础。     

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。     

110kV架空线路避雷器安装方式仿真研究

简单介绍了110 kV输电线路的防雷措施,重点应用PSCAD软件进行仿真建模,模拟雷击杆塔情况,分析研究易击杆塔及附近多基连续杆塔线路避雷器的安装位置对线路耐雷水平、绝缘子串闪络相以及导线中雷电冲击过电压的影响。仿真结果表明,不同的线路避雷器安装方式下,线路的耐雷水平提升变化不尽相同;高于线路最高耐雷水平10%的雷电流造成的绝缘子发生闪络的杆塔和相别有所不同;低于线路最低耐雷水平10%的雷电流造成导线中的雷电冲击过电压峰值和衰减速度均有所不同。结合线路避雷器造价高、工程量大以及实用性,在实际应用中对于110 kV上字型杆塔建议采用两边相安装线路避雷器来提高其防雷效果。     

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。     

雷击树木放电反击配电线路过电压及防护研究

雷电直击线路附近树木时,树木电位被大幅抬高可能会造成树-线间隙击穿放电,引起配电线路产生高幅值雷电过电压而造成严重损害。本研究建立了雷击线路附近树木后对配电线路进行电弧放电的电路仿真模型,将电弧放电采用动静电弧模型相结合的方式模拟树木反击线路的电弧特性。研究了树木高度、树-线路间距、雷电流幅值和波前时间对配电线路过电压的影响,并计算分析了线路型避雷器的雷电防护效果。计算结果表明:雷击附近树木并对线路放电时,线路过电压在感应阶段和电弧放电阶段会出现两次明显峰值;树木高度、树-线路间距、雷电流幅值和波前时间对配电线路过电压均具有不同程度的影响;安装避雷器可降低线路电弧过电压,且隔一级装设一组避雷器的防护效果最好。提出的模型对于雷击附近树木并对线路电弧放电时线路过电压的分析计算具有实用价值,结合地区雷电活动情况可以为线路防雷方案设计提供参考。     

35kV金属氧化物避雷器雷电冲击老化性能的研究

研究了在连续雷电冲击电流(8/20μs)作用下,35 kV金属氧化物避雷器小电流特性与残压特性的变化规律,以及避雷器内部电阻片的老化特点及失效方式。35 kV避雷器受到连续雷电冲击时,存在一冲击阈值(850次),当冲击次数低于该阈值时避雷器小电流及残压特性几乎不变,当冲击次数大于该阈值时,避雷器小电流及残压特性发生明显劣化;雷电冲击造成避雷器的失效主要是由内部电阻片沿面闪络引起的,并在避雷器接地端首先发生沿面闪络现象;氧化锌电阻片受到雷电冲击后性能出现方向性差异。该研究为35 kV等级的避雷器运行的雷电冲击老化寿命评估和失效方式预防提供了实验依据。     

架空配电线路雷电过电压特性与MOA试验技术的研究进展

笔者主要介绍了:1)国内、外关于雷暴云闪电的物理过程,特别是下行负地闪放电过程方面的研究进展;2)对架空配电线路雷电过电压数值计算和真型试验研究等进行了分析和总结;3)结合我国近些年配电型避雷器的故障情况,重点介绍了国际上关于重雷区特别是多重雷击下MOA动作负载试验的研究进展,比较分析了GB11032与IE60099-4、IEEEStd66.22关于重负载配电MOA试验技术的差异。主要结论为:1)地闪雷电,特别是下行负地闪雷电放电主要表现为短时间的回击和长时间的连续电流的叠加,同时也包括回击之间的长时间低幅值的连续电流;2)目前建立输电线路雷电过电压数值计算模型的本质都是从麦克斯韦方程推算而来的,不同点在于采用了雷电电磁脉冲产生的电磁场的不同分量;3)雷电直击架空导线或击到架空导线附近造成导线产生感应过电压,流过避雷器的冲击电流为多重电流脉冲并且脉冲之间存在幅值较低的持续电流;4)金属氧化物电阻片在多重电流脉冲下的破坏形式主要是侧面闪络。现有版本的各类技术标准、规范,仍然没有建立与IEC62305-1:2010的附录A给出了的可能组合方式雷电波形感应到架空线路上的感应过电压,对避雷器造成的电流冲击负载的试验要求和程序;5)建议按照IEC62305-1:2010的附录A给出了的可能组合方式雷电波形和参数,建立配电线路避雷器动作负载的试验方法。多重雷电电流冲击试验技术有待于进一步提高。     

研究所可提供避雷器及阀片的全套检测装置

ICG系列冲击电流发生器是一种可以产生雷电冲击电流、长持续时间冲击电流、操作冲击电流及大电流并对试品进行自动检测的测试设备 ,主要适用于避雷器阀片进行冲击电流试验。发生源产生冲击电流 ,可供避雷器阀片、各种电器和电子设备进行抗瞬态过电压能力试验和限制电压特性测试等。 1 997年已开发研制出“避雷器阀片全自动检测生产线”。 1 999年又研制出“多种波形电流发生器”,可用于避雷器组装厂及试验站进行试验。IVG冲击电压发生器是一种能产生脉冲波的高压发生装置。它用于设备遭受大气过电压(雷击 )、操作过电压的绝缘性能的研究…     

500kV多雷区核电厂变电站雷电过电压仿真计算分析

雷电作为十大自然灾害之一,严重影响着电站的安全稳定运行,尤其是对于多雷区新投运的核电厂超高压变电站,有必要进行雷电侵入下设备节点过电压水平分析和绝缘校核。采用ATP-EMTP软件建立了500kV多雷区核电厂变电站的仿真模型,仿真计算了雷电波不同侵入方式、不同雷击点和变电站不同运行方式下站内关键设备上产生的雷电过电压,并进行了雷电冲击绝缘校核。结果表明:近区雷击时,雷击2号杆塔为最严重状态;在单变压器单母线单出线方式或单变压器单出线方式运行时,运行方式对变电站各设备过电压影响较小;在现有防护下,各关键设备能够耐受50年一遇的雷电冲击,并具有充足的保护裕度。