atp报告-500kV变电站中雷电暂态过程的仿真计算

《atp报告-500kV变电站中雷电暂态过程的仿真计算》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、电力系统过电压计算实验报告——500kV变电站中雷电暂态过程的仿真计算1研究背景与意义在雷电活动频繁的地区，由于雷击造成变电站内电气设备损坏的情况时常发生。变电站内设备因雷击造成的绝缘损坏大多由输电线侵入的雷电过电压波引起。为保证电网的安全稳定运行，减少变电站电气设备雷击损坏，应对变电站的雷电侵入波特性进行研究分析，以确保在各种运行方式下各电气设备因雷电引起的过电压值低于其额定雷电冲击耐受水平（BIL）。研究沿线路传来的雷电波侵入变电站的波过程时，由于输电线的分布参数复杂，且变电站内设备和回路分支众多，雷电侵入波在变电站内将发生复杂的折反射。变

2、电站的雷害可能来自两个方面：一是雷直击于变电站；二是雷击输电线路产生的雷电过电压波沿线路侵入变电站。对直击雷的防护一般采用避雷针或避雷线。我国运行经验表明，凡按规程标准要求正确安装避雷针、避雷线和接地装置的变电站，绕击和反击的事故率都很低，防雷效果很可靠。另一方面，线路落雷比较频繁，虽然线路入侵变电站的雷电波电压受到线路绝缘的限制，但变电站电气设备的绝缘水平较线路低。同时，变电站虽设有进线段保护，然其与非进线段并无本质差异，同样可能遭受雷击而形成侵入波。由于变电站内有许多联络短线（如变压器到母线和避雷器的连线等），它们和输电线路一样，在持续时间

3、极短的雷电波作用下，表现为各个联络线段间行波的传播和快速折、反射过程，并且通常在此过程中产生瞬时幅值极高的过电压，容易对设备造成危害。因此若防护措施不可靠，势必造成变电站电气设备的损坏事故。由此可见，沿线路侵入变电站的雷电过电压波是对变电站电气设备构成威胁的主要原因。因此，对雷电侵入波在变电站电气设备上所产生的过电压进行仿真计算，找出过电压的分布变化规律，能够为限制雷电过电压（以保护变电站电气设备的绝缘）提供有价值的参考依据，从而合理配置避雷器保护，以进一步优化变电站的工程设计。为此，对某500kV变电站进行仿真计算，分析雷电侵入变电站时，在不

4、同雷击点与变电站的距离、不同的运行方式、不同的杆塔冲击接地电阻、不同的等效入口电容、避雷器的配置以及其他因素下，雷电过电压对设备的影响。图1-1为500kV变电站电气主接线图。图1500kV变电站单线图2系统建模及参数设置2.1雷电流模型雷电的物理过程虽然复杂，但是从地面感受的实际效果和防雷保护的工程实用角度，可以把它简化为一个沿着一条固定波阻抗的雷电通道向地面传播的电磁波过程，据此建立计算模型如图2.7。在雷电放电过程中，人们能够测知的电气参数主要是雷击地面时流过被击物体的电流i，然后再根据计算模型反推出雷电波的参数以供工程应用。由图2.7（

5、a）电流源等值电路，有公式如下：其中：Z——为被击中物体的阻抗，ΩZ0——为雷电通道波阻抗，ΩI0——为雷电流波幅值，A显然i与Z有关。当Z=Z0时，恰好i=i0；当Z=0时，i=2i0，而Z不可能为零；但若ZZ0，仍可测得i≈2i0。在雷电流的实际测量中一般都能满足条件Z>Z0）物体时，流过该物体的电流定义为雷电流。定义中的雷电流i恰好等于沿雷电通道传播而来的雷电流波的两倍。因而在防雷保护计算的彼得逊等值电路中，如图2.7（a）所示，等值雷电流源通常就用雷电流来表示。根据国内外的实测统计，7

6、5%~90%的雷电流是负极性的。因此电力系统的防雷保护和绝缘配合通常都取负极性的雷电冲击波进行研究分析。电力系统的防雷计算、保护设计都要求将雷电流波形等值为典型化的可以解析表达的波形。常用等值波形有三种：标准冲击波、等值斜角波和等值余弦波。本文的仿真中，雷电流波形选用2.6/50ms的等值斜角波。前苏联科学家通过观测和计算得出雷电通道波阻抗Z0在300~3000Ω之间，如图2.7（b）所示。I<10kA时，Z0约为几kΩ；I在10~30kA时，Z0约为2100~700Ω；I在30~100kA时，Z0约为700~300Ω。当I>100kA时，Z0

7、稳定于300Ω附近，在反击计算中雷电流幅值很高，Z0较小可以取为300W。（a）雷电流源等值电路（b）Z0和I关系曲线图图2.7雷电流源等值电路和雷电通道波阻抗现有的雷电流幅值概率分布是由一般高度的杆塔上测量数据（基本上是下行雷）得出的，不包括上行雷。上行雷是由高建筑物引发的特殊放电形式。防雷电反击计算应该把上行雷和下行雷分开计算，否则会带来较大的误差。超过100m的高杆塔，随着杆塔高度的增加，落雷次数增加，上行雷发生的概率也越来越大。3条线路杆塔高度不超过70m。根据上行雷发生概率和建筑物高度的关系图（图2.8），上行雷的概率不到10％。因此

8、在本研究中，计算反击闪络率时只考虑下行雷的落雷次数，而把上行雷部分除外。图2.8上行雷发生概率和建筑物高度关系图对于本次计算的500kV系统线路，其反