雷击输电线路时全波电磁暂态特性研究

研究遭受雷击时输电线路的全波电磁暂态特性,可以得出雷击时输电线路出现闪络现象的概率,避免输电线路发生破损,提高其安全性和稳定性。构建输电线路雷击仿真模型,包括杆塔、雷电流和输电线路模型,模拟输电线路受到雷击的情况,并分析其在雷击作用下所产生的2类电压,包括直接雷过电压和感应过电压,以此为依据分析输电线路在雷击作用下的全波电磁暂态特性。结果表明,当中间杆塔上相被60 kA雷电流击中时,导线相本基杆塔和邻近杆塔在受到雷击1 s内容易出现闪络现象;绝缘子被雷击时产生500~600 kA的电弧电流,造成绝缘子破坏;在输电线路的导线中安装避雷器,可避免其被雷击时的跳闸现象。     

军用电站雷电过电压影响因素及抑制方法

针对军用电站机动防雷的特点及目前军用电站雷电防护技术性能较低、针对性不强等问题,以典型低噪声军用电站机动防雷为研究对象,首先基于PSCAD/EMTDC电力系统仿真软件,建立了军用电站发电机、控制箱和电缆等雷电防护关键部件的电磁暂态模型,构建了军用电站雷击电磁暂态仿真系统;研究雷电过电压对军用电站雷电防护关键部件作用机理及影响规律;提出了军用电站雷电过电压防护的技术方法,在军用电站雷电过电压的防护主要是在市电/电源/信号线路加装浪涌保护器,针对其防护薄弱环节研制的雷电过电压防护装置可靠性、安全性高,解决防雷装置通用化的难题,从而提高军用电站的雷电过电压防护及全天候作战能力。     

基于EMTP的同塔并架多回线路防雷计算

通过对110 kV和220 kV单条输电线和同杆并架双回输电线路的防雷性能的仿真和计算,分析研究在多种雷击方式下输电线路的耐雷水平。采用国际通用的电力系统电磁暂态分析的仿真软件Elector-Magnetic Transient Program（EMTP）,对雷电侵入波在输电线路上所产生的过电压进行分析计算,得出过电压分布和变化的规律,进而从技术上和经济上限制雷电侵入波过电压。     

风电机组的雷电暂态过电压统计研究

从首次短时间正雷击和首次短时间负雷击的雷电流波形出发,根据雷电流的累积概率密度函数和概率加权算法推导出在雷电流激励下机组上出现暂态过电压的统计计算公式。在建立集桨叶、轴承、塔筒和接地装置于一体的风电机组暂态等值电路模型后,运用实验结果对该模型进行校验。以该暂态等值电路模型为基础,统计计算风电机组上的暂态过电压,确定过电压沿风电机组本体的分布特性,并将该过电压统计值与采用标准规程法计算出的过电压值进行对比。结果表明,在同样的雷电流波形条件下,暂态过电压的统计值明显低于规程法计算的暂态过电压值。     

500 kV海底电缆雷电过电压研究

依托南方主网与海南电网联网工程,运用ATP-EMTP电磁暂态分析软件,建立了500 kV架空线路与海底电缆线路的雷电侵入波仿真计算模型,采用修正后的电气几何模型法来计算最大绕击雷电流,采用先导发展法作为绝缘子串和空气间隙放电闪络判据,计算架空线路遭受绕击和反击时,无避雷器和有避雷器2种情况下海底电缆主绝缘上所承受的雷电过电压,据此校核海底电缆雷电冲击绝缘水平及避雷器配置的合理性。研究结果表明,合理配置避雷器大大降低了雷电过电压对海缆的影响,在架空线路遭受绕击和-250 kA雷电流反击时,海底电缆最大雷电过电压分别为-916 kV和-923 kV,海底电缆绝缘裕度和避雷器配置满足防雷要求。     

重力式海上风力机雷电暂态响应研究

针对重力式基础海上风力机的防雷保护问题,该文构建一体化电磁暂态模型,基于电磁暂态软件ATP-EMTP研究雷电暂态响应,并分析叶片长度、塔筒高度和桨叶旋转角度等关键因素的影响。仿真结果显示:雷击引起MV级的暂态电压变化,并呈现欠阻尼式振荡衰减,塔基处仍存在kV级的响应电压;桨叶长度和风力机塔筒高度均与雷电暂态响应幅值成正相关;当遭受雷击的叶片与水平面夹角呈90°时,机舱处暂态电压最高。     

基于ATP仿真的变电站雷害事故改造研究

介绍了某煤炭企业35kV变电站雷击事故情况并系统分析雷害事故原因。根据雷击现场具体现象和变电站规格参数,对产生雷击的原因逐一进行数值计算分析,确定了是雷电侵入波所致,并提出了在变电站进线段架设避雷线作为保护装置、减小避雷器与变压器之间的电气距离等改造措施。通过电力系统电磁暂态仿真软件ATP-EMTP对变电站进线段架设避雷线前后雷电侵入波对变压器造成的最大冲击电压进行仿真,以验证改造措施的可行性。     

10 kV配电线路感应雷过电压特性及影响因素

感应雷过电压是造成配电线路跳闸频繁的主要原因之一。规程法计算配电线路感应雷过电压简化了计算过程,未考虑充分雷电放电物理过程及其他因素的影响。对此,基于HФidalen感应雷过电压计算方法,建立了10 kV配电线路感应雷过电压计算模型,并分析了落雷位置、雷电流幅值及波形、回击速度、大地电导率、线路长度及架空线高度等因素对线路感应雷过电压特性的影响。结果表明,雷电流波前陡度、回击速度、大地电导率、线路参数等显著影响线路感应雷过电压波形;配电线路感应雷过电压幅值随雷电流幅值、回击速度的增大而近似线性增大;配电线路感应雷过电压幅值随雷击点与线路间距、波前陡度、大地电导率的增大而非线性减小。研究成果可为配电线路防雷提供参考。     

1000kV变电站雷电过电压的研究

将1000kV变电站与进线段结合起来,考虑雷击点与变电站距离,雷击处雷电流不同的幅值,杆塔冲击接地电阻等不同的影响因素,采用EMTP-ATP对1 000 k V雷电侵入波过电压进行了仿真研究。研究表明,雷击点的不同,雷击处不同的雷电流幅值,杆塔冲击接地电阻的不同都会给变电站内各设备雷电过电压产生较大的影响。验证了避雷器的保护效果,在变电站各设备前加装避雷器能有效的限制雷电过电压,并且在此前提下,在母线上加装1组避雷器,可更加有效的降低雷电过电压。最后提出在避雷器与变压器之前串联电感,以抑制雷电侵入波的陡度,并从工程经济的角度对加装的串联电感值分析,同时兼顾经济性与实用性,可为工程提供一定的参考。     

光伏电站交流集电系统雷电暂态的计算与分析

在山地多雷地区,光伏电站易遭受雷击。由于交流集电系统耐雷水平有限,且其中性点常以小电阻接地,工频续流不易熄灭,因此,雷击闪络造成的光伏电站线路跳闸和设备损坏事故常有发生。以某山地光伏电站为例,针对架空线加电缆的交流集电系统,利用ATP-EMTP仿真软件进行建模计算,研究分析了多种因素作用下交流集电系统的耐雷和过电压水平,最后探讨了仿真模型对计算结果的影响。研究结果表明：在地线良好接地、冲击接地电阻合理、避雷器健全的情况下,交流集电系统可承受约200 kA的雷电冲击,但避雷器的放电电流严重超标;增加绝缘子串长度、线路增设避雷器对防雷有利有弊。研究结论同样适用于升压站端。     

煤矿供电系统防雷改造研究

针对目前煤矿供电系统存在的防雷缺陷及问题,结合山西某煤矿,通过对煤矿供电系统现有的防雷措施及可能存在的防雷缺陷进行调研和研究,发现煤矿供电系统存在输电线路绝缘子串误用以及变压器低压侧缺少雷电过电压防护措施等问题。提出了在输电线路上加装保护间隙、变电站变压器低压侧加装避雷器并进行接地优化的改造措施,在实验室采用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP对加装保护间隙以及避雷器的防护效果进行仿真研究,研究结果表明该措施在雷电过电压上有很好的防护效果,不仅保证了供电系统的稳定,而且对于整个煤矿的安全运行提供了可靠保障。     

海上风电场海底高压电缆电磁暂态过程的仿真分析

为了能更好地确定海上风电场海底高压电缆的选型要求,使用PSCAD／EMTDC软件建立相应的海上风电场仿真计算模型。针对海上风电场工频过电压、操作过电压和雷电过电压这3种电磁暂态过程的不同特点,进行仿真,并且考虑了不同的系统条件下上述3种过电压对电缆绝缘的影响。在操作过电压中,重点研究了合闸电阻对过电压的影响;而在雷电过电压中重点研究的是架空线路受雷电侵入波的过电压。仿真结果表明,海底电缆各层的结构参数对海底电缆的电磁暂态有着不同程度的影响,其中导体层、绝缘层、HDPE层对海底电缆的电磁暂态影响尤为明显。另外,海底高压电缆的护套层材料和主绝缘层材料也对电磁暂态有影响。     

光伏支架系统雷电暂态研究

针对直接雷击时光伏支架系统雷电暂态计算问题,提出支架系统中分支导体与接地装置中接地体不同的电路参数计算方法,建立包含光伏支架系统和接地装置在内的整体雷电暂态电路模型。并以该模型为基础,仿真计算不同雷击位置及不同结构地网条件下光伏支架系统上雷电暂态响应,得出支架系统中雷电流与暂态电位的分布特性。计算结果表明,雷击点位置、地网结构和光伏支架结构均对光伏支架上雷电流和暂态电位分布具有较大影响。雷电流在光伏支架系统中的分布与雷击点位置呈现出近强远弱的分布特性,同时暂态电位在雷击发生后由畸形分布逐渐趋于均衡。     

直接雷击时风电机组的暂态响应分析

风电机组是地面上易受雷击的高结构体。当雷击机组时,雷电流通常从桨叶、机舱运动接触部位、塔筒和接地装置传输入地。针对这条雷电流路径,首先给出桨叶和塔筒这两个主要通流部分的电路参数算法,并对机舱运动接触部位和接地装置的电路参数进行简化处理,在此基础上建立整个机组的雷电暂态等值电路模型。再利用缩小比例试验模型进行暂态响应测量,对比测量结果与模型计算结果,以校验电路模型的可行性。将所建电路模型运用于实际国产2.5 MW机组的雷电暂态分析,在对比考察雷击单、双和三桨叶方式下机组上雷电暂态过电压升高情况后发现,每种雷击方式在风电机组各处都会产生MV级过电压,三桨叶雷击时叶尖部分甚至超过10 MV。     

面向电网规划设计的电磁暂态仿真研究与应用

  [目的]  为了在特高压与超高压电网规划设计中对相关电气设备电磁暂态特性进行评判,需要进行电磁暂态仿真专题研究。  [方法]  提出影响此类仿真结果的关键因素主要有电力系统潮流与短路资料、输电线路物理结构与电气参数资料、变电站主要电气设备详细电气参数资料的完整性与准确性以及仿真工具的适用性。  [结果]  基于权威的电磁暂态仿真软件,提出了进行潜供电流与恢复电压、工频过电压、操作过电压以及变压器中性点加装小电抗等电磁暂态特性仿真时应遵循的主要条件与要求,并阐明了相应的仿真结果与应用。  [结论]  研究成果已用于电网规划与输变电工程设计,可满足电力系统电磁暂态仿真要求。     

500kV GIS水电站雷电侵入波计算方法及风险评估

针对雷电波沿着输电线路侵入水电站,对电站GIS设备绝缘造成很大威胁的问题,分别建立了进线段的六级杆塔模型及对应架空线路模型,计算了不同坝顶门型构架冲击的接地电阻。并利用仿真软件ATPEMTP计算了不同电站运行方式、不同雷击点及不同门型构架模型时的雷电侵入波过电压。结果表明,在线路侧和主变侧分别配有一组避雷器时,电气设备最大雷电侵入波过电压符合绝缘裕度的要求,说明该水电站的防雷保护具有较高的可靠性。     

高速电气化铁路接触网防雷研究

高速电气化铁路发展迅速,接触网作为担负机车供电的重要设备,位于高铁线路的最上方,极易遭受雷击引起损坏。根据国内外接触网防雷现状和避雷线的保护原理,分析并计算了是否采用架设架空避雷线,接触网遭受雷击的过电压情况及耐雷水平,在PSCAD仿真软件中搭建了接触网遭受雷击的模型,仿真验证了接触网架设避雷线的效果,为高速铁路接触网全线架设架空避雷线的防雷方案提供了依据。     

大段长高压电缆护层保护器暂态特性分析与参数优化设计

大段长高压电缆在运行时会产生过高的护层感应电压,这对电缆护层保护器的过电压防护特性提出了更高要求,因此需要针对大段长电缆护层保护器暂态特性进行分析研究。基于PSCAD仿真软件,建立了典型220 kV高压电缆线路仿真模型,得出了在短路过电压和雷击过电压情况下,高压电缆长度对护层感应电压暂态特性的影响。通过绝缘配合与能量保护相结合的方式,得到了保护器参数取值范围及电缆线路短路电流与长度的适配曲线,提出了护层保护器参数优化设计的具体方法,并进行了试验测试。测试结果表明：当电缆线路出现短路故障时,随着电缆长度的增加,护层感应电压先线性增长,随后在保护器残压阈值的限制作用下逐渐趋于“饱和”状态,现有保护器能量吸收能力难以满足大段长电缆需求;改进后的护层保护器能量吸收能力显著提升,20 kA短路电流时允许的电缆长度大幅提高,满足大段长高压电缆线路安全运行的要求。     

光伏系统雷电防护特性仿真分析

由于光伏系统具有面积较大、暴露设备较多且需考虑直击雷防护装置阴影对太阳能电池板的遮挡影响等特点,因此其雷电屏蔽与传统电站存在差异。为更深入地了解光伏系统的雷电防护特性,结合光伏系统结构和雷电侵入途径,采用ATPDraw仿真软件,对光伏阵列及其电气设备进行建模,仿真计算了雷击光伏阵列不同位置、不同雷电流幅值及不同接地电阻情况下光伏阵列的损坏程度和对光伏系统内部设备过电压的影响,并根据计算结果提出了光伏系统雷电防护的重点。     

平波电抗器不同布置方式下雷电侵入波过电压仿真分析

鉴于平波电抗器不同布置方式会影响换流站内一次设备的雷电过电压耐受水平,采用EMTP/ATP电磁暂态仿真软件,建立±800kV典型换流站直流侧雷电侵入波过电压计算模型,计算了高压极母线和中性线母线上平波电抗器不同布置方式下站内设备的反击耐雷水平。结果表明,部分布置方式可以显著降低换流站高压极线侧单台平波电抗器两侧过电压最大值,这对提高平波电抗器运行可靠性和增加绝缘裕度具有一定的参考价值。