海底电缆_架空线线路雷击过电压分析与计算

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1、海底电缆-架空线线路雷击过电压分析与计算兰贞波1，赵常威2，阮江军3（1.国网电力科学研究院，湖北武汉430074；2.安徽省电力科学研究院，安徽合肥230601；3.武汉大学电气工程学院，湖北武汉430072）摘要：结合某实际海上风电场，计算了某岛屿的海底电缆-架空线线路的雷击过电压。基于对线路各部分结构的分析，在ATP-EMTP软件中搭建了仿真计算模型，利用该模型，计算了线路在不同工况下的雷击过电压，利用计算结果分析了避雷器布置方式、杆塔冲击接地电阻、海底电缆长度对雷击过电压的影响。计算和分析结果表明：当采用不同形式的避雷器布置方式时，线路首末两端的过电压均未超过海底电缆主绝缘水平

2、；海底电缆的末端过电压随冲击接地电阻的增大而增大；海底电缆首末两端的雷击过电压值均受海底电缆长度的影响。关键词：雷击；过电压；海底电缆；架空线路；避雷器；接地电阻；风电场；模型ATP-EMTP；中图分类号：文献标识码：TM726.3；P756.1ADOI：10.3969／j.issn.1006－6047.2014.10.022引言高电压、大截面、长距离的海底电缆（本文简称海缆）与传统的架空线路在运行和维护方面会有很大的不同，尤其是在系统的过电压方面［1］。当系统中有海缆线路时，雷电波经架空线路传入海缆，会在海缆线路两端发生折反射，导致较大的过电压；而且雷电波在架空线路和海缆的传递情况有

3、很大不同，同时海缆线路的参数同架空线路相差较大，这就使得含海缆的系统发生雷击时，线路上的过电压呈现不同的特点［2］。目前国内外对于电缆线路特别是高电压、大截面、长距离海缆线路与架空线连接情况下的过电压研究较少，开展研究工作并不深入。本文采用ATP-EMTP仿真软件对某沿海岛屿的海缆-架空线线路的雷击过电压进行分析和计算，计算结果可为今后解决实际工程问题提供一定的参考依据。电缆将一定数量的风电机组并联起来，连到220kV的GIS变电站进行升压，然后通过220kV的海缆将电送到陆上集控中心，再转架空线路，最终接入220kV的高新变电站。架空线采用单回路双分裂导线，线路全长18km，导线型号

4、为LGJ-300／40，分裂间距为400mm，外径23.94mm，直流电阻不大于0.09614Ω／km；架空线路采用双避雷线，避雷线型号为LBGJ-100-20AC，计算直径为15.7mm，直流电阻1.07971Ω／km；海缆采用1600mm2单芯交联聚乙烯电缆或者三芯电缆，铅护套，单芯电缆按水平排列考虑，相间距为25m，敷设深度为5m；由于在海底敷设，因此海缆的金属护层采用两端互联接地。0计算模型杆塔模型为防止雷害事故的发生，准确评价传输线路上22.1系统的线路及相关参数图1为某400MW海上风电场的接线示意图。由于海上风电机组数量多、分布广，因此采用35kV1的雷电波特性，正确计算

5、和测量输电线路杆塔波阻抗，建立合理的杆塔模型在防雷计算中占有重要的地位。若将杆塔视为等值电感，杆塔上任意点的电位相同，不能反映雷击塔顶时雷电流在杆塔上的传播过程及反射波对杆塔各节点电位的影响。雷电波沿杆塔传输时，距起点不同的地方，波阻抗和波速都是不同的，这主要是因为不同部分的单位长度电感l0和35kV220kV220kV陆上集控中心220kV15km海缆18km架空线荷海上升压站（GIS）高新变电站单位长度电容c0不同。而对不同的部位设计不同的图1400MW海上风电场系统接线图Fig.1Wiringdiagramof400MWoffshorewindfarmsystem波阻抗，即可建立

6、一个较为精确的杆塔模型，并且分割的段长度越小，所得到的结果就越准确［3］。为了使计算结果更加准确，本文采用多波阻抗模型。如图2所示，杆塔模型考虑了横担和支架对杆塔的影响，使计算的波响应特性更接近实测值［4-5］。a.主架部分波阻抗ZTk。收稿日期：2013－11－18；修回日期：2014－09－03基金项目：国家重点基础研究发展计划（973计划）资助项目（2011CB209404）；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目（20102070201000069）ProjectsupportedbytheNationalBasicResearchProgramofChina（973Progr

7、am）（2011CB209404）andFundamentalResearchFundsfortheCentralUniversities（20102070201000069）ZTk=60［ln（23／2hk／rek）-2］k=1，2，3，4（1）负电力自动化设备第34卷设沿雷电通道来波u0=i0Z0，其中i0为来波电流，dT1rT1Z0为雷电通道的波阻抗。雷电传播的彼德逊电路如图4所示，图中Z为雷击物的波阻抗。雷击小接地阻抗物体时，流过该物体