线路遭受连续雷击对线路断路器的影响

线路遭受连续雷击造成线路断路器发生断口击穿的事故时常发生。基于雷电波传播理论分析了断路器断口击穿原因,根据现场实际情况建立了仿真模型。利用过电压计算软件EMTP对该模型进行仿真分析,证明断路器断口很容易被雷电过电压击穿。对此提出了有效预防措施。     

断路器断口防入侵波雷害研究

针对全国近年大量加装的线路型终端避雷器,文中运用雷电波陡度理论,首创性推导出35～500 kV线路采用线路型终端氧化锌避雷器时断路器断口所承受的入侵雷电波过电压计算公式。同时通过公式计算表明:线路型终端避雷器不满足绝缘配合要求,因而不能有效保护断路器断口;而变电站型终端避雷器满足绝缘配合要求,能有效保护断路器断口。这是全国各电压等级线路在大量加装线路型终端避雷器后断路器断口击穿事件仍时有发生的根本原因,也是文中重点论述并提醒行业、协会对反事故措施文件及相关技术规范尽快纠正的依据。     

220kV变电站出线断路器雷击故障分析

为了明确加装出线端避雷器来限制雷电侵入波陡度的必要性,以一起线路遭受雷击造成220 kV变电站出线断路器断口爆炸事故为例进行分析。首先基于雷电波传播理论,根据现场实际情况,利用电磁暂态仿真软件(power systems computer aided design,PSCAD)建立断路器模型进行事故的暂态分析,然后对加装出线避雷器的保护效果进行仿真评估,最后所得结果是在出线端安装避雷器能够大幅度提高输电线路的绝缘水平,避免变电站出线断路器遭受雷电侵入波过电压的危险。     

220 kV输电线路终端避雷器对断路器断口保护效果的研究

在220 kV输电线路加装线路型终端避雷器后,变电站220 kV线路断路器断口击穿事件仍时有发生。本文对220 kV断路器断口击穿事件进行了详细分析,并运用雷电波陡度理论,推导出线路型和变电站型避雷器与断路器断口间允许电气距离的计算公式。当雷击某220 kV输电线路时,通过计算得到以下两个结论:1)采用线路型终端避雷器时该线路断路器断口处的过电压值比采用变电站型终端避雷器的情况要高70%;2)采用线路型终端避雷器时的该线路断路器断口处耐压值仅为其过电压值的0.92倍,采用变电站型终端避雷器时的该线路断路器断口处耐压值是其过电压值的1.56倍。这说明加装线路型终端避雷器对断路器断口其实没有起到有效保护的作用,而加装变电站型终端避雷器则可以有效地保护断口。本文为有关反事故措施整改和技术标准条款的修订提供了依据。     

一起220 kV SF6断路器爆炸事故的分析

通过对一起220 kV SF6断路器爆炸事故的检查情况,分析了事故过程的继电保护动作行为和变电站周围雷击情况,认为连续雷击是引起事故的主要原因,指出断路器的线路侧无避雷器时断路器在断口断开的情况下难以抵御雷电侵入波带来的雷击过电压,提出在断路器的线路侧安装氧化锌避雷器或在线路的终端塔上安装线路避雷器等技术措施,以避免类似事故的发生.     

浙江省110和220kV敞开式变电站雷害事故分析

对几起由雷电侵入波过电压引起的断路器损坏事故进行了仿真计算分析,结果表明线路在受雷击跳闸后等待重合的时间内如果再次遭受雷击,则雷电侵入波到达断开状态断路器的线路侧,由于全反射作用使线路侧断口对地电压和断口间电压同时升高,电压值超过断路器雷电冲击耐受水平,从而引起断路器内绝缘或外绝缘击穿。利用电磁暂态程序(electro-magnetic transient program,EMTP)对各种措施的保护效果和最大保护距离进行了仿真计算和比较分析,结果表明最有效的措施是在出线断路器的线路侧附近或进线段终端塔上安装避雷器。并根据变电站的具体情况给出了避雷器的安装原则、安装位置和参数要求。     

广东地区变电站出线断路器侵入波过电压实时数字仿真分析

介绍广东地区变电站未安装出线避雷器前雷电侵入波事故概况,明确了必须加强出线断路器重合闸期间的侵入波保护,即应安装出线断路器前置避雷器.利用实时数字仿真器(real-time digital simulator,RTDS)分析变电站出线断路器开断期间雷电侵入波过电压,并对加强线路绝缘的影响以及出线避雷器的保护效果进行评估.计算结果表明:变电站装设出线避雷器后,即使大幅提高输电线路绝缘水平,也不会在出线断路器产生危险的雷电侵入波过电压,能有效地改善变电站防雷运行工况     

架空线路雷击造成断路器断口绝缘击穿的实例分析

某220kV线路发生雷电多重绕击,造成线路架空地线多处断裂及断路器分闸失败,并使220kV母线跳开。为探究断路器分闸失败的原因,通过对比雷电、继电保护动作信息,并借助电气试验、带电检测和设备拆解的方法,综合各项诊断试验的结果,判定断路器在断口绝缘强度尚未完全恢复期间再次经受过电压是造成断口绝缘击穿放电,致使断路器分闸失败的原因。基于缺陷成因并结合实际,提出了在变电站进出线入口处加装金属氧化锌避雷器等预防措施,为避免同类型故障的发生提供了技术和管理措施。     

电缆出线变电站连续两次雷击仿真及防护措施

针对某电缆出线变电站近区连续遭受两次雷电绕击的事故,基于PSCAD/EMTDC搭建仿真模型并进行了过电压的仿真计算.雷击点位于变电站进线第二基杆塔处,仿真分析了发生第一次雷电绕击时,绝缘子片数和出线电缆的长度对绕击过电压的影响,以及发生第二次绕击时不同的避雷器配置方案对热备用状态下断路器过电压的影响.仿真结果表明,绝缘子片数的增加会增大绕击过电压幅值,不同电缆长度对限制过电压的效果具有明显的差异;发生第二次雷击时,通过在站内断路器断口侧及变电站第一基杆塔绝缘子旁安装避雷器,能够有效减小断路器过电压幅值.     

氧化锌避雷器在500 kV GIS变电站中的防雷作用

沿输电线路侵入变电站的雷电过电压行波是对变电站电气设备构成威胁的主要方式.首先对氧化锌避雷器的防雷原理、特性和建模进行了分析,再以国内某500 kV GIS变电站为对象,具体研究了金属氧化物避雷器的防雷效果,计算了变电站以最严重的方式运行时,避雷器的安装位置对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的影响.     

应用有限元法计算氧化锌避雷器电位分布

应用有限元法计算了具有开域边界的氧化锌避雷器的电位分布。通过设置人工截断边界,将开域电场问题转化成有界域电场问题,并在人工截断边界上采用渐近边界条件。对于氧化锌避雷器中存在大量的电位悬浮导体问题,则采用虚拟齐次强加边界法加以解决。对330kV和500kV氧化锌避雷器电位分布进行了计算和测量,结果验证了该文方法的正确性和有效性,并得出以下结论：随着安装高度的增加,阀片分布将趋于均匀;在高压端加装均压环会大大降低阀片的最大电位承担率,改善阀片的电位分布。与基于模拟电荷法的其它方法相比,该文方法简单、通用,可以充分利用已有的有限元计算程序,很好地满足了工程应用和设计的需要。     

合成套氧化锌限压器的热特性研究──第一部分：限压器热特性研究的有限元法及其散热特性

本文用传热学理论分析了合成套ＺｎＯ限压器的热传导，采用有限元方法（ＦＥＭ）来求解限压器的温度场，分析计算其整体热性能；编写了限压器整体热性能分析计算软件；分析计算了合成套ＺｎＯ限压器的散热性能，合成套限压器的散热时间常数明显低于瓷套限压器的散热时间常数。散热试验表明，计算结果与试验结果吻合较好。     

500 kV线路ZnO避雷器电位分布计算与试验分析

采用一种新的模拟面电荷—表面电荷法对研制的两种５００ｋＶ悬挂式ＺｎＯ避雷器阀片柱沿面电位分布进行了计算。计算与现场实测结果进行对比,验证了计算结果的正确性。     

A Procedure for Estimating the Lifetime of Gapless Metal Oxide Surge Arresters for AC Application

The development of the gapless metal oxide (ZnO) surge arrester has presented the arrester engineer with new materials and an opportunity for new designs. This situation arises because the gapless surge arrester is electrically active throughout its lifetime whereas its predecessor, the silicon carbide arrester, was electrically passive being electrically isolated with gap structures. The prime consideration is one of reliably estimating the lifetime of a gapless ZnO surge arrester under continuous ac stress while maintaining the capability not only to limit surge voltages but also to absorb energy inputs resulting from lightning or switching surges and temporary overvoltages. In this paper we establish a procedure for reliably estimating the lifetime of gapless metal oxide surge arresters for ac application by incorporating the device characteristics into design requirements. This method is illustrated for metal oxide surge arrester elements that exhibit a predictable linear resistive current versus time1/2 behavior as a function of applied voltage and temperature.     

光伏变电站用氧化锌避雷器多物理场耦合分析

针对传统有限元法在多物理场耦合计算过程中存在计算量大、精度过于依赖网格划分的缺陷,以某光伏变电站用220 kV氧化锌避雷器为例,提出一种将有限元法与无网格法结合的温升计算方法。首先,建立了避雷器三维流体场有限元模型,得到流体分布;其次,将对流换热系数作为温度场计算的边界条件,分别采用有限元和无网格法计算额定运行下避雷器温升和避雷器老化故障情况下的温升;最后,与基于传统有限元法耦合计算及实验结果进行对比,在验证了所提方法准确性的同时,还发现其求解速度远高于传统有限元法。     

光伏变电站用氧化锌避雷器多物理场耦合分析

针对传统有限元法在多物理场耦合计算过程中存在计算量大、精度过于依赖网格划分的缺陷,以某光伏变电站用220 kV氧化锌避雷器为例,提出一种将有限元法与无网格法结合的温升计算方法。首先,建立了避雷器三维流体场有限元模型,得到流体分布;其次,将对流换热系数作为温度场计算的边界条件,分别采用有限元和无网格法计算额定运行下避雷器温升和避雷器老化故障情况下的温升;最后,与基于传统有限元法耦合计算及实验结果进行对比,在验证了所提方法准确性的同时,还发现其求解速度远高于传统有限元法。     

雷击引起的高压断路器故障分析

近年来电网中高压断路器遭雷击引起的故障时有发生且成上升趋势。笔者分析了雷击引起的高压断路器故障:故障与断路器本身有一定的关系,但还受到变电站绝缘配合技术原则的影响。探讨了断路器的性能、现行有关标准和规程的适用性,得出解决故障可采取的措施:在断路器的进(出)线侧安装避雷器,如变电站内无安装位置的话,可在线路终端塔上安装带间隙的线路避雷器。     

Development of polymeric surge ZnO arresters for 500-kV compact transmission line

The 500-kV polymeric ZnO surge arresters for compact transmission line against lightning overvoltage were developed and have been put into operation, which consists of arrester unit and series gap. The design of the arrester unit, including structure design, selection of ZnO varistor, parameter determination, polymeric housing design, and mechanical structure design was discussed. The design of the series gap and the determination of the series gap length were presented. The calculated results state the line surge arrester can highly improve the lightning withstand level of the compact transmission line, and the line surge arrester can withstand the effects of lightning.     

水力发电厂GIS升压站雷电侵入波阻碍电抗器研究

水力发电厂GIS升压站因场地限制,多采用长管道方式与户外场相连,在断路器开断时遭受雷击容易发生GIS内部件击穿事故。以某水力发电厂发生的雷电侵入波故障为分析对象,首先,采用电磁暂态分析软件ATP-EMTP建立升压站雷击分析模型,对断路器开断状态下的雷电侵入波过电压进行了量化计算,指出雷电侵入波故障原因;然后,对户外场加装避雷器和出线杆塔安装线路避雷器两种侵入波防治手段进行了有效性分析,指出常规防雷手段无法解决该水电站雷电侵入波防治问题;最后,提出了一种雷电侵入波阻碍电抗器设计思路,建立了该电抗器的分布参数模型,通过仿真计算验证了该防雷措施的有效性。所提供的防雷思路对雷电多发地区水电站GIS升压站防雷具有重要参考价值。     

考虑微观特性的ZnO压敏电阻计算模拟模型

电力设备的绝缘水平建立在避雷器的过电压保护水平基础之上。ZnO压敏电阻具有优良的非线性电压-电流特性和浪涌能量吸收能力,被广泛用作电力系统避雷器的核心元件。ZnO压敏电阻的电气特性由其复杂的微结构和晶界特性决定。该文以Voronoi网络模型为基础,建立ZnO压敏电阻的微观结构模型。采用考虑晶间旁路效应的晶界分区模型,建立求解氧化锌压敏电阻宏观电气性能的大规模非线性电阻网络方程。针对难以采用常规牛顿迭代方法求解的问题,提出基于分段线性化和差分重构的快速求解优化算法,计算结果误差指标在10-3数量级以下。采用模型计算得到了尖晶石含量、晶粒尺寸不均匀度以及气孔率等微观结构参数对ZnO压敏电阻宏观电气性能的影响规律。