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。     

浅探雷电波侵入的预防

雷电波侵入是最多见的雷击事故。它占总雷击事故的70％以上。据上海八年的统计资料表明：74起雷击起火事件中，71．6％以上的是雷电波侵人造成的，北京两年统计的224起雷击建筑物的事故中，有120起是雷电波侵入所造成的。因此，我们不能只注意防直击雷，而忽略了防雷电波侵入。装了防直击雷的装置不能防雷电波侵入，因为两者遭受雷击所走的路径不一样。直击雷直接轰击在建筑物或电气设备上，而雷电波侵入是通过架空线路侵入到建筑物或电气设备上发生雷击的。虽然安装了防直击雷装置，但是在它的保护范围之外，雷电波可以沿着线路进入它的保…     

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。     

10kV架空裸导线配电线路雷击影响因素分析

从10 kV配电线路的直击雷和感应雷击跳闸机理出发,首先分析雷电地闪密度、雷电流幅值概率分布对线路跳闸的影响。其次,分析线路处于山顶、山腰、山底三种不同地形地貌情况时的10 kV架空配电线路直击雷和感应雷受雷宽度。再次,根据规程法分析10 kV架空配电线路附近存在输电线路时,输电线路与配电线的水平距离大小对其直击雷受雷宽度的影响。最后,根据电气几何模型和雷电先导模型,分析存在高耸建筑时10 kV配电线路周围的电场变化情况,为对10 kV配电线路的雷击风险评估提供依据。     

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。     

MOA对750kVGIS-GIL系统侵入波防护效果的研究

雷电波沿着输电线路侵入变电所,对变电所设备构成了很大的威胁。在某750kVGIS变电站的基础上,建立了以气体绝缘输电线路(GIL)作为GIS出线的750kVGIS-GIL系统。通过雷击塔顶和绕击输电线路这两种雷击方式以及考虑地面倾角、接地电阻的影响,利用EMTP程序计算了当雷电波侵入GIS-GIL系统后引起的在隔离开关(DS)、断路器(CB)、电流互感器(CT)以及变压器上的雷电过电压,并根据各设备能够有效地抑制雷电侵入波,从而保证了该750kVGIS-GIL系统内部各设备的正常运行。     

基于风电场输电线路模型的雷电共、差模过电压研究

风电场及附近地区发生雷电时,输电线路上产生的直击和感应过电压、过电流在传输过程中会对临近风机及设备产生影响。本文基于传输线理论,对风力发电场输电线路上雷电过电压及过电流的传输衰减过程进行计算分析。建立风机至升压站间输电线路的物理模型,并以Heidler函数表示线路起始端的雷电激励源。采用均匀传输线理论的频域解,分别对线与地间共模过电压和线间差模过电压进行计算,分析线路上距激励源不同距离处雷电过电压及过电流幅值的变化。分析结果表明:初始幅值相同的过电波传输5 km后,差模过电压峰值降为初始值的77.9%,共模过电压峰值降为初始值的57.1%。衰减速度随传输距离逐渐减小,波形逐渐平缓。     

改进的Agrawal多导传输线路感应雷过电压计算与防护研究

为提高架空输电线路输电可靠性和防护输电线感应雷过电压,对雷电传输通道中任意一点的电磁场建立了数学模型,加入大地电导对电场计算的影响,并采取Maxwell电磁场方程组求解了传输通道中任意一点的水平、垂直电场分量和磁场的横向量。在单相场线耦合模型的基础上进行改进,建立多导传输线的Agrawal模型,采用FDTD法求解了输电线上任意的电流电压相应。最后利用Matlab软件设计了一款计算输电线路上感应雷过电压的软件,可以对输电线路的过电压情况进行实时监测。     

考虑全雷击过程架空配电线路防雷性能计算分析

架空配电线路分布广泛且线路绝缘水平低,易发生直击雷和感应雷闪络故障,为了考虑配电线路受直击雷和感应雷过电压的综合影响,建立了配电线路耐雷性能计算模型。首先基于ATP-EMTP建立线路直击雷和感应雷过电压模型对线路耐雷水平进行仿真计算,然后通过电气几何模型并结合线路感应雷耐雷水平关于雷击点至线路距离的拟合关系式,对线路直击雷和感应雷闪络区域进行划分,进而计算得到线路直击雷和感应雷跳闸率,最后,计算分析了杆塔高度和大地电导率对配电线路耐雷水平以及雷击跳闸率的影响规律。计算结果表明,杆塔高度与大地电导率均会不同程度的影响直击雷和感应雷跳闸率,进而影响总跳闸率,降低杆塔高度和增大大地电导率可降低配电线路雷击跳闸率以提高配电线路耐雷性能。     

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。     

基于危险雷电流区间分布的输电线路雷击故障性质判断方法

雷电定位系统可获取雷电流幅值、定位等信息,用于线路雷击故障定位,但至今缺乏实用的方法将雷击信息与线路雷击跳闸信息合理整合,实现雷击故障性质判定。为此,对不同杆塔接地电阻下线路反击耐雷水平及不同地线保护角和地面倾角下线路绕击临界雷电流分布区间进行量化,得到线路直击雷危险雷电流幅值分布区间,再以雷电定位系统监测所得雷击电流幅值与反击、绕击危险雷电流区间作比对的机制,建立线路雷击故障性质判别概率算法模型,形成一套完整的雷击故障性质判断方法,并基于此开发了线路雷击故障性质判断软件。经典型雷击跳闸线路的雷击性质判断验证,该方法能实现输电线路雷击故障性质的快速判定,判断结论准确可靠。     

基于监测雷电流的输电线路雷击实时风险评估

针对传统雷击风险评估没有反映雷电对输电线路时变影响的特点,提出了基于监测雷电流的输电线路雷击实时风险评估新方法。该方法首先通过规程法计算反击耐雷水平,并对历史雷电定位数据进行筛选统计,拟合出极端雷电流的GEV概率分布,采集实时监测的雷电流数据,建立了基于GEV分布的反击闪络时变概率计算模型。联合改进电气几何模型和风险等级划分方法,实现了从杆塔到线路的雷击实时风险评估。最后,将该模型应用于惠州电网线路,通过实际案例验证了该评估模型的有效性和可行性。     

1000kV交流紧凑型输电变电站雷击侵入波分析

受输电线路走廊的限制,紧凑型输电方式将会成为我国1 000kV特高压交流输电发展的趋势.由于输电导线之间的距离减少,一旦线路遭受雷击,雷电侵入波可能对变电站构成更大的威胁.针对雷击紧凑型输电杆塔产生雷电入侵波对变电站的影响进行研究,应用ATP-EMTP建立了雷电过电压沿不同输电类型侵入变电站的仿真模型,对比分析了不同输...     

雷电定位系统在输电线路雷击故障分析中的应用

雷击故障是输电线路的主要故障,识别雷击故障原因能有效提高和改进输电线路的雷击可靠性水平。结合220kV输电线路雷击故障的现场调查数据,采用雷电定位系统得到的雷电流参数在电磁暂态仿真软件ATP-EMTP建立输电线路雷击过电压仿真模型,分析了输电线路在不同雷电流下的跳闸性质。仿真结果表明,基于雷电定位系统和电磁暂态仿真能有效判别线路故障的性质,为线路的运行、维护和改造提供参考。     

变电站二次系统雷电侵入波的防护

阐述了雷电波侵入到变电站二次系统的途径。通过线路雷电波侵入到二次系统仿真模型的建立,得出:当线路遭受雷电流幅值为80kA的雷击时,经过变电站所用变压器耦合到二次系统上的电压最大为193.983285V,大大超过了二次设备的耐过电压水平,易造成二次设备的损坏。提出了变电站二次系统三级防护措施:低压电源系统的防雷;防止感应雷通过信号、控制线侵入;改善地电位分布。     

±500kV直流输电线路耐雷性能研究

直流架空输电线路的耐雷特性不同于交流系统,特高压直流输电线路杆塔高、跨度大,且工作电压幅值、极性不变,使得雷击直流高压输电线路的概率增大,有必要对直流架空输电线路耐雷性能进行研究。针对近年来葛南±500 kV直流输电线路多发的雷击故障,以葛南±500 kV直流单、双回架空输电线路为工程背景,采用ATP-EMTP和电气几何模型法分别对线路的反击和绕击耐雷性能进行了仿真计算研究,并与交流输电线路耐雷性能进行了分析比较。研究表明:±500 kV直流输电线路的雷电绕击跳闸率远高于反击跳闸率;工作电压对雷电先导发展、建弧率以及导线绕击距的影响比交流更大,使得直流输电线路正极性导线的雷击跳闸率高于负极性。     

场路耦合下的输电线路杆塔反击过电压计算

输电线路防雷性能的评估主要是耐雷水平和雷击跳闸率的计算。针对以往雷电冲击特性场路耦合作用下输电线路接地装置传统的冲击电阻模型计算结果误差较大的缺陷,采用数据拟合和电路综合方法,建立了一种雷电频率范围内的输电线路接地装置的场路耦合宽频等效电路精准模型。在防雷性能计算中采用该模型可显著提高计算结果的准确性,对应的建模方法可供输电线路防雷设计参考借鉴。     

架空配电线路感应雷过电压仿真分析

架空配电线路绝缘水平较低,因此雷电感应过电压引起的雷击跳闸率很高。为了分析配电线路感应雷过电压的特性,介绍了感应过电压的计算方法,使用二阶时域有限差分法(FDTD)计算感应过电压,以实际线路为例,分析了线路结构、雷电流参数、大地电导率及负载对感应过电压的影响。结果表明,线路高度的增加会使感应过电压增大;雷电参数对感应过电压计算结果影响较大;当大地电导率小于,其对感应过电压的影响不可忽略,计算分析时应予以考虑;需要对短时呈容性的设备做好防雷保护工作。     

基于EMTP的输电杆塔与接地系统的暂态过电压建模分析

为评估分析输电线路系统的防雷性能,研究雷击暂态过电压在线路系统内部传输的波过程尤为重要.针对电网典型的110 kV输电线路,建立输电线路-杆塔-接地装置的联合系统模型;将杆塔进行分块建模,考虑斜材的复杂结构且基于电磁场理论与ANSYS软件导出斜材的波阻抗值,并将杆塔进行细分段,建立输电杆塔模型;将电感效应与火花效应纳入典型接地装置的暂态电路分析模型中,并利用MODELS模块实现;考虑绝缘子、避雷器、输电线路、避雷线的影响,联合ATP-EMTP软件进行雷击过电压传输的暂态分析.结果 表明,避雷线与杆塔间存在阻抗不匹配,导致雷电波发生折反射,且反射时长与输电线路档距相关;考虑了电感效应与火花效应的接地装置暂态电路分析模型,可以很好的模拟接地装置冲击特性,明显优于集中电阻模型;本文的输电杆塔模型与Hara模型进行对比分析,塔顶电位低于Hara模型,而电位峰值时刻超前于Hara模型.     

雷电流建模方法及其对架空线路耐雷性能分析影响的研究

雷电流参数是输电线路雷电过电压分析和雷电防护分析的基础。总结了雷电流波形实测参数和雷电流模型,分别从波形和频谱两个方面对典型的雷电流模型进行了对比研究。利用PSCAD建立±800 k V特高压直流线路模型,采用不同的雷电流模型计算了线路的反击和绕击耐雷水平,结果表明:Heidler波和Concave波波头呈凹形,Concave波波头较Heidler波、双指数波和斜角波与实测雷电流波头最为接近。各雷电流模型的频谱都主要集中在0~100 k Hz以内,能量主要集中在0~50 k Hz以内,各雷电流模型频谱的区别主要在0~10 k Hz。雷电流波形对反击耐雷水平影响较大,对绕击耐雷水平影响较小。雷电流建模方法相同时,反击耐雷水平与雷电流波头斜率成反比。雷电流波形参数的实测结果分布范围较大,在输电线路防雷分析时,需要根据线路实际情况,测量和选取雷电流波形参数。