考虑雷电过电压的风电机组拓扑结构优化

风力发电机遭受雷击时,塔筒内控制电缆、塔基处以及箱式变压器低/高压侧都会出现过电压,且过电压还会通过集电电缆和联合接地装置传到其他风电机组.为研究雷击风电场时引起的暂态电压,建立了包含风力发电机、集电电缆、箱式变压器的等效模型.考虑了雷电流参数、风力发电机接地电阻大小及风电场拓扑结构对风电场过电压影响.结果 表明:单台风电机组遭受雷击的情况下,风电机组过电压值与雷电流幅值成正比,且波前时间为8.0 μs和20.0μs时,雷电流幅值对控制电缆缆芯过电压影响很小;风电机组过电压值与波前时间成反比,且雷电流幅值为100 kA时箱式变压器高压侧过电压受波前时间影响很小;过电压值与接地电阻正相关,但接地电阻越大,正相关系数越小.多台风电机组联合的风电场遭受雷击情况下,直接遭受雷击的风电机组中会产生很高的过电压,越远离雷击点的机组中过电压越小,链形结构风电场中有停运风险的机组最少,所以仅考虑雷击风电机组的情况下,链形结构为风电场最优拓扑结构.     

计及冲击电晕的输电线路雷电过电压影响因素研究

基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,在考虑了冲击电晕对雷电过电压影响的同时,研究雷电流波形与幅值、避雷线布置方式、杆塔塔型、导线布置方式(包括导线排列方式、导线分裂数)、接地电阻等因素变化时,杆塔塔顶或导线上雷电过电压的特点及其参数关系,用以找到各种情况下输电线路雷电过电压的关键影响因素。结果表明:冲击电晕对输电线路雷电过电压的影响很大;雷电流幅值与波形、杆塔塔型、接地电阻对输电线路的反击过电压有较大的影响;而雷电流幅值与波形、避雷线布置方式、导线分裂根数对输电线路的绕击过电压有较大的影响。     

考虑多基杆塔接地散流线路临近管道雷击过电压研究

由于目前输电线路与管道常交叉、并行架设，当雷击杆塔时雷电流会沿杆塔两侧避雷线流向相邻多基杆塔，而杆塔接地散流不可避免会对临近管道产生过电压影响。针对多基杆塔接地散流下管道过电压进行仿真计算并提出管道过电压防护方法。首先利用电磁暂态软件ATP-EMTP搭建输电线路雷电暂态计算模型，计算不同土壤电阻率下多基杆塔雷电流分布特征；然后基于多基杆塔雷电流分布特征，搭建多基杆塔接地网-油气管道散流计算模型，计算分析土壤电阻率、“管-线”间距及雷电流幅值等因素对管道过电压的影响；最后对比分析“接地排流线”、“迫向换流”等方式对管道过电压的防护效果。研究结果表明：土壤电阻率增加使杆塔接地电阻变大，从而使得杆塔分流系数会逐渐减小；相较单基杆塔模型，考虑多基杆塔接地散流会加剧管道过电压问题，土壤电阻率和雷电流幅值增加将导致管道过电压升高，“管-线”间距增加会导致管道过电压降低；敷设排流线和采用迫向换流等方式均可有效降低管道电位。     

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。     

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。     

雷击埋地电缆暂态过电压计算

为了对埋地电缆进行有效雷电防护,必须合理分析电缆遭受直接雷击后暂态过电压。分析了埋地电缆遭受直接雷击的危害途径及危害机理,利用拉普拉斯变换计算埋地电缆雷击暂态过电压,分析芯线-缆皮间电位差随雷电流幅值、电缆埋深、雷击点距电缆水平距离的变化,讨论双层土壤结构下土壤电阻率对电缆雷击过电压的影响。分析结果表明:芯线-缆皮间暂态电位差随着雷电流幅值的增大近似呈线性增加;电缆埋深和雷击点距电缆水平距离的增大对芯线-缆皮间暂态电位差有着十分明显的衰减作用;双层土壤结构中下层土壤电阻率对电缆暂态电位影响非常大,当下层土壤电阻率远大于上层土壤时,电缆暂态电位较均匀土壤情况下增加显著。在埋地电缆敷设过程中可以尽量增大埋设深度,同时避开高土壤电阻率区域。     

500kV线路杆塔雷电冲击全波电磁暂态特性研究

为了研究土壤电阻率、雷电流幅值以及波前时间等不同因素对500kV线路杆塔在雷击时杆塔全波电磁特性的影响,建立了线路-杆塔-接地极一体化模型,计算了雷电冲击下考虑不同雷电流参数、土壤电阻率参数的500kV输电线路杆塔电磁暂态特性影响。计算结果表明,避雷线分流大小随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,波前时间的改变对其影响较小;通过引下线向土壤散流的电流随着土壤电阻率的减小和雷电流幅值的增大而增大;接地体电压和横担电压均随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,并不改变峰值出现时刻,波前时间的改变会同时改变峰值和出现时刻。     

海洋环境对海上风场接地系统雷击暂态特性影响研究

海上风力发电产业的蓬勃发展面临日益严重的雷电灾害威胁,为有效指导海上风电机组的雷电防护研究,需要研究海洋环境对海上风场接地系统雷击特性的影响。利用PSCAD软件搭建简化海上风场模型,讨论海洋土壤分层环境下上层海水深度和下层土壤电阻率对风机接地系统雷击暂态响应的影响,分析增加接地体长度对于降低暂态过电压的效果。仿真结果表明:风机遭受雷击后,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底暂态电位幅值越低。下层海床土壤电阻率越大,风机塔底暂态电位幅值越高。上层海水深度越大,风机塔底暂态电位幅值越小。上层海水电阻率固定时,风机塔底暂态电位随着土壤反射系数的增大而增加。随着接地体长度的增加,风机塔底暂态电位逐渐降低,但降低趋势趋缓,且受下层海床土壤电阻率的影响增大。     

考虑接地极时变电阻特性的输电线路雷击暂态响应研究

杆塔接地极的准确建模对研究输电线路的雷击暂态响应是至关重要的。为此,本研究提出一种考虑接地极时变电阻特性的输电线路模型。首先采用有限元法(FEM)求解了输电线路雷击下杆塔接地极的接地电阻,基于PSO法,推导了杆塔接地极时变电阻的迭代公式,利用ATP-EMTP中MODEL模块搭建时变电阻Rg(t),然后建立考虑接地极时变电阻特性的输电线路模型,随后分析了基于时变电阻和定值电阻的输电线路模型雷击暂态响应。结果表明：相较于定值电阻的输电线路模型,时变电阻模型对输电线路雷击暂态响应有较大影响。由于时变电阻Rg(t)考虑了雷电流地中散流和土壤电离过程,其反应的结果更加可靠,在一定程度上提高了输电线路雷击暂态响应仿真的精准度。     

杆塔接地体冲击对输电线路雷电反击分析

为了减少雷害事故的发生,为输电线路防雷提供科学依据,计算输电线路雷电反击跳闸率时必须考虑杆塔接地体冲击特性。通过EMTP建立了线路及杆塔模型,考虑雷电流作用下接地体冲击特性,分析线路反击时杆塔和接地体暂态电压变化规律。计算不同土壤电阻率和接地体长度下线路反击跳闸率,同时讨论工频电压对反击跳闸率的影响。分析结果表明:雷电流幅值较大时,接地体冲击接地电阻降低明显。工频电压对线路反击跳闸率有一定影响。增加接地体长度和降低土壤电阻率可以有效减少线路反击跳闸率。     

输电线路防雷措施的仿真与分析

使用ATP-EMTP电磁暂态分析软件选取了矿区常用的110 kV级的输电线路作为仿真研究对象,根据实际参数模拟了雷电流、输电线路、杆塔、绝缘子串和避雷器,建立了雷击输电线路的仿真模型。本文主要针对110 kV输电线路在遭受雷击时,加装与不加装避雷器情况的比较和接地电阻的变化对雷击过程的影响进行仿真分析。得出:输电线路加装避雷器和降低杆塔的接地电阻可以有效保护输电线路的安全,保证煤矿电网的安全稳定运行。     

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。     

避雷器接地电阻对10 kV配电线路终端设备雷击暂态特性影响分析

雷电击中配电线路后,沿线路入侵的雷电浪涌十分容易造成配变低压侧设备的损坏,安装避雷器能够提高线路的耐雷水平,为了有效的提高避雷器的防雷效率,有必要分析其对线路终端设备雷击暂态特性的影响。利用EMTP软件搭建完整的安装柱上变压器的配电系统模型,分析避雷器接地电阻、安装避雷器的杆塔之间的间距及敷设避雷线三种因素对终端设备雷击暂态特性的综合影响。结果表明:终端设备过电压随避雷器接地电阻的增大而增大,接地电阻越大,增大幅度越小;敷设避雷线后,终端设备过电压有一定程度的降低;安装避雷器的杆塔之间的距离越小,终端设备过电压也越小。最后得出通过避雷线的安装以及减小安装避雷器的杆塔之间的距离,可以在不降低终端低压设备雷电防护水平的情况下适当的增加高电阻率地区避雷器的接地电阻,所得结果对于降低接地结构的成本以及对配电线路终端设备的雷电防护有一定的指导意义。     

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。     

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。     

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。     

时变接地电阻对输电线路耐雷水平的影响分析

冲击电流作用下,输电线路杆塔接地装置接地电阻呈现非线性时变特性,考虑接地电阻时变性对架空输电线路雷击暂态过电压及线路耐雷水平的影响是进行准确的输电线路防雷设计并提升其耐雷水平的基础。基于电磁暂态软件PSCAD建立了考虑时变接地电阻的220 k V同塔双回输电线路模型,分析了时变接地电阻对杆塔各处暂态过电压及输电线路耐雷水平的影响;并在此模型中添加"疏导型"防雷装置-并联间隙,分别计算考虑与不考虑时变接地电阻时并联间隙对输电线路耐雷水平的影响。结果表明:接地电阻大于20Ω时,定值接地电阻和时变接地电阻下输电线路耐雷性能及并联间隙安装方式相差较大。高土壤电阻率地区输电线路防雷设计应考虑接地电阻的时变性对输电线路耐雷性能的影响。     

配电线路雷电感应过电压的避雷器防护分析

雷电感应过电压导致配电线路发生跳闸或故障的比例要远高于雷电直击,因此需要分析采用线路避雷器对配电线路感应过电压的防护效果。利用EMTP软件编程计算线路雷电感应过电压,分析安装线路避雷器对感应过电压的防护效果,讨论雷电流幅值和雷击点距线路距离、避雷器安装间距、接地电阻对避雷器抑制感应过电压效果的影响。分析结果表明:配电线路安装线路避雷器后能够在一定程度抑制雷电感应过电压;雷电流幅值越高、雷击点距线路近,避雷器抑制感应过电压的效果越弱;避雷器安装间距影响对感应过电压的防护效果,安装越密,线路感应过电压降低越明显。接地电阻对避雷器感应过电压防护影响非常大,过高的接地电阻会严重削弱避雷器对感应过电压的抑制效果,因此需要尽可能降低避雷器接地电阻。     

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。     

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。