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。     

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。     

影响电站避雷器放电电流特性因素分析

避雷器的标称放电电流是用来划分避雷器等级、具有8/20μs波形的雷电冲击电流峰值。它关系到避雷器的选择和运行应力。因此揭示影响电站避雷器放电电流特性的因素,对如何合理配置避雷器有重要影响。本文从不同雷电波波形、峰值、雷击点位置、侵入路径和避雷器配置等对流过避雷器的电流波形影响的角度出发,结合典型750kV系统接线方式进行仿真计算,研究分析了影响电站避雷器放电电流特性的因素:雷电侵入波波形;避雷器配置方式;雷击点位置;线路侧避雷器与电站侧避雷器安装间距;杆塔冲击接地电阻。     

绝缘横担类措施对10kV变电站雷电侵入波的影响

绝缘横担类措施会增加10kV变电站雷电侵入波造成的风险。采用ATP-EMTP建立了10kV变电站直击与反击雷电侵入波计算模型,推导了变电站内主设备平均故障间隔时间(Mean Time Between Failure,MTBF)的计算方法。计算并分析了进线段杆塔接地电阻、雷电流波头和幅值概率分布、改善措施对主变、站用避雷器MTBF的影响。结果表明:采用绝缘塔头或绝缘横担后,变电站主变雷电侵入波MTBF大幅降低;进线段杆塔接地电阻、雷电流波头和幅值概率分布对10kV变电站雷电侵入波MTBF影响很大;在变电站进线段母线处增加站用避雷器或者提高站用避雷器吸收能力,可以显著改善采用绝缘塔头或绝缘横担后10kV变电站的雷电过电压耐受特性。     

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。     

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。     

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。     

实测雷电流波形反演雷电特征参数的研究

安装在500kV运行线路上的雷电流全波形在线监测装置,获得了一次击于输电线路上的有效雷电流波形。对比于雷电定位系统的查询结果,该有效波形在时间、空间、幅值上与之基本一致。通过MATLAB软件处理采集到的有效波形,并与雷电定位系统数据对比。借助电磁暂态仿真程序PSCAD,对雷击位置、雷电流幅值及波形特征进行反演,得到了有关雷电流的特征参数,如雷电流峰值、波前时间、半波时间等,从而实现了雷击位置的定位与雷电流的复现,并为雷电流仿真模型的修正提供了基础数据。     

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。     

架空配电线路感应过电压计算方法适用性研究

针对现有雷电感应过电压数值计算模型工程适用性不强的问题,分析了雷电感应过电压产生的物理过程,基于时变电磁场理论提出了架空线路雷电回击入射场与感应场的电磁耦合关系,推导得出了架空线路雷电感应过电压时域波形的解析计算模型。计算分析了雷电流幅值、回击速度、雷电流波形对架空配电线路感应雷过电压时域波形的影响规律,结果表明:随着回击放电速度的增加,相同条件下感应过电压幅值有所降低且波头时间增加,当回击电流波前时间增加时,感应过电压幅值也显著降低。该模型解决了传统规程法忽略电磁分量且无法分析工程约束条件对感应过电压波形影响的问题。     

±1100 kV特高压直流线路无间隙线路避雷器雷电防护适用性研究

为抑制操作过电压，昌吉-古泉±1 100 kV特高压直流输电线路在线路中部安装多对无间隙避雷器，但针对无间隙避雷器兼顾雷电防护适用性的研究较少。本研究基于EMTP-ATP建立了雷电过电压瞬态传播模型，计算了特高压直流线路的雷击闪络率，分析了避雷器对雷电过电压的抑制效果和保护范围。结果显示无间隙避雷器对雷电过电压幅值、波形存在抑制作用，安装避雷器后，线路绕、反击耐雷水平增加。未加装避雷器的邻近杆塔依旧可发生雷击闪络，避雷器只可保护加装级杆塔。本研究基于计算结果提出了无间隙线路避雷器的优化配置原则，建议在满足操作过电压抑制要求的前提下，适当调整避雷器至地面倾角大于15°的中、高雷区、接地电阻较大的杆塔上。     

基于蒙特卡洛模拟的配电线路雷电跳闸率计算

配电线路耐雷水平较低,雷电引发的配电线路跳闸事故频繁,需要合理估算线路雷电跳闸率并分析相应防护措施效果。通过EMTP软件计算线路雷电直击过电压和感应过电压,利用蒙特卡洛模拟法估算线路雷击跳闸率并与实际运行数据进行验证。讨论安装避雷线、避雷器的防护效果,分析不同雷电流波头时间和回击速度、不同避雷器安装方式、避雷线接地间隔对线路雷电跳闸率的影响。研究结果表明:利用蒙特卡洛模拟结合EMTP软件计算得到的线路雷击跳闸率与实际运行数据较为接近。线路雷电跳闸率随着雷电流波头时间的增大而降低,随着回击速度的增加而增大。安装避雷器或避雷线能够有效降低线路雷电跳闸率,但是防护效果受杆塔接地电阻影响明显,接地电阻越大,防护效果越差;线路避雷器安装档距越密,每基杆塔安装避雷器数量越多,线路雷电跳闸率越低;避雷线多点接地方式下,接地间隔越短,线路雷电跳闸率越低。需要尽可能降低杆塔接地电阻以减小线路雷电跳闸率。     

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。     

包头地区配网雷击故障及典型线路杆塔耐雷水平分析

统计分析了包头地区雷电地闪次数、雷电流幅值累积概率分布特征及配电线路雷击跳闸故障的时空分布特征;在电磁暂态程序(EMTP)中建立10 k V同塔四回线路雷击闪络模型,在考虑系统工作电压的情况下,研究了同塔四回线路雷击同跳闪络特性及避雷器的不同配置方式对线路耐雷性能的影响;根据研究结果,提出了改善同塔四回线路耐雷性能的最优方案:对多雷区的杆塔,宜采用在I回AC相、III回C相、IV回BC相加装避雷器;对中雷区的杆塔,建议在I回AC相、IV回BC相加装避雷器;对少雷区的杆塔,只需将避雷器加装在I回A相和IV回B相。     

基于一起同塔双回线路大电流反击跳闸故障的线路避雷器防雷有效性仿真分析

近年来,输电线路上大量采用线路避雷器进行防雷保护并取得了良好的效果。由于线路避雷器成本较高无法全线安装,需要根据防雷保护理论及运行经验制定选点安装方案。然而由于同塔多回输电线路所处大气、地貌环境千差万别、杆塔构造的多样性,以及全高超过40 m的杆塔在雷击过程中波过程本身复杂性,常规分析方法往往难以对安装方案及运行效果进行直观的评估和总结.避雷器本身免维护特点也往往导致避雷器质量问题难以及时发现,在落雷过程中发生故障才得以体现,这也增加了防雷问题分析的复杂性。雷电观测数据表明雷电流幅值及其出现概率具有一定的对应关系,幅值较高的雷电流对设备绝缘威胁更高,但本身出现概率较低,进行防雷设计时需要对安全性及经济性进行综合考虑,因此有必要借助仿真计算方法,结合实际避雷器防雷失败导致线路跳闸案例,对同塔多回杆塔的线路避雷器保护特性进行深入研究,得出雷击过程中暂态电流幅值及其分布规律;对避雷器吸收能量等情况进行量化评估,及时总结故障原因,不断提高系统运行可靠性。     

降低配电线路雷击相间闪络概率对策研究

配电线路遭受雷电直击极易引发相间闪络,需要合理计算相间闪络概率,研究相应防护措施。利用EMTP软件建立10 kV配电线路模型,计算线路遭受雷击时发生相间闪络概率,分析导线布置方式和杆塔接地电阻对相间闪络概率的影响。讨论不同绝缘措施、避雷器安装方式和设置间隔等防护措施的防护效果。研究结果表明:导线垂直布置方式下,雷击导线时三相电位差最大,相间闪络概率也最高;雷击线路相间闪络概率随着杆塔接地电阻的增大而显著增加。增大线路绝缘子串闪络电压对于改善线路相间闪络效果不明显,采用绝缘导线时相间闪络概率远低于裸导线。雷电流波头时间均值越短,导线相间闪络概率越高。安装线路避雷器能够有效降低相间闪络概率,避雷器安装数量越多,设置间隔越密,相间闪络概率越低。避雷器防护效果受接地电阻阻值影响,需要尽可能降低杆塔接地电阻。     

避雷器在输电线路绕击雷害治理中的应用

线路避雷器被认为是治理雷电绕击跳闸的有效手段,但实际使用中常发现在绕击雷电流作用下本基杆塔线路避雷器动作而相邻杆塔绝缘子串仍闪络的情况,为此基于电气几何模型研究了典型500 kV线路在不同地形影响下最大绕击雷电流变化情况,使用ATP-EMTP对大雷电流作用情况下绕击高电位转移的机理进行了分析,提出了使用多基杆塔连续安装线路避雷器防治高电位转移的方法。研究表明,在易发生大电流绕击的杆塔及其前后杆塔连续安装线路避雷器,大电流绕击导致的高电位转移是可以防治的。     

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。     

珠江三角洲地区某500kV输电线路引雷对周边10kV配电线路雷击故障的影响分析

为了分析输电线路杆塔架设后的引雷作用对配电线路雷击跳闸风险的影响以制定相关防雷策略,以珠江三角洲某地区某500 kV输电线路周围雷电地闪数据为样本,分析线路架设前后地闪活动分布规律和雷电流幅值概率分布变化情况。使用有限元分析软件对雷电先导下的主、配电线路电场分布情况进行仿真,最后形成结合输电线路周围雷电分布情况与主、配电线路在雷电先导下电场分布情况下,加强绝缘和避雷器安装范围的防雷策略,为输电线路周围配电线路的防雷工作提供依据。