喬彥彤

（中國南方電網(wǎng)超高壓輸電公司柳州局，廣西柳州545006）

我國的電力事業(yè)發(fā)展很快，500 k V變電站工程隨之增加，因此要注重使用安全性的高壓設(shè)備。雷電侵入波是對變電站構(gòu)成威脅的原因之一。我國是一個雷電活動頻繁的國家，因雷擊原因能造成嚴(yán)重的人員傷亡和財產(chǎn)損失。本文使用ATP-Draw對變電站雷電波進行研究，對變電站的運行方式和相關(guān)設(shè)備等進行分析。

1 ATP-Draw模型模擬

ATP-Draw是國際通用模型，其依據(jù)實際情況對避雷器、進線段及雷電模型進行模擬研究。

1.1 500 kV變電站等效電路圖

由于要保證系統(tǒng)的安全性，所以在進行模擬時要選用“一線一變”的運行方式。圖1為500 k V變電站等效電路圖。圖中TR是變壓器，CVT是電壓互感器，QF是斷路器，L是電抗器，GW是隔離開關(guān)，MOA是金屬氧化物避雷器。

圖1 500 kV變電站等效電路圖

1.2 雷電流模型

雷電流的波形規(guī)律相似，但是地形、氣象和測量等方面存在差異，因此雷電流模型運用雷電流幅值分布的現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)。

1.3 進線段模型

因為雷電侵入波會通過進線段侵入變電站，所以要做好進線段模型的模擬研究。通常情況下要確保2 km外的線路導(dǎo)線上出現(xiàn)過電壓時，不會損傷發(fā)電廠電氣設(shè)備和變電站的電氣設(shè)備。但是在實際狀態(tài)下，如果在變電站2 km外的線路上落雷，就會大大減弱能量，而不會對變電站內(nèi)設(shè)備的絕緣造成威脅。

桿塔模型：桿塔模型依據(jù)其結(jié)構(gòu)，采用波阻形式表明幾何的結(jié)構(gòu)段。進行防雷計算時，要了解清楚雷電沖擊波的相關(guān)因素。桿塔的沖擊響應(yīng)波的阻抗指的是塔頂電位和電流比值，這就是馬蒂模型。

絕緣子閃絡(luò)模型：使用絕緣子串聯(lián)兩面電壓及其相交的伏秒特性來辨別絕緣子閃絡(luò)，即絕緣子閃絡(luò)模型，其表達(dá)式為：Us=400L+710Lt-0.75。

進線段線路參數(shù)：4XLG—400／35導(dǎo)線型號是500 k V的電壓等級，該導(dǎo)線要采用四分裂結(jié)構(gòu)，導(dǎo)線分裂間距是450 mm，波阻抗280Ω，它的波速是300 m／s。

1.4 避雷器模型

避雷器模型指的是高度非線性電阻。500 k V金屬氧化物避雷器的伏安特性曲線如圖2.。其可使用非線性電阻進行分析模擬，通常情況下，分線性特性的模擬使用分段線性的函數(shù)模型。

圖2 500 kV金屬氧化物避雷器的伏安特性曲線

1.5 站內(nèi)電器設(shè)備模型

雷電侵入波的等值頻率高、維持時間短，所以可以在10μs算出最大的過電壓幅值。變電站設(shè)備在雷電波的狀況下，可以成為等值沖擊入口電容，而且存在分布參數(shù)線段，如變壓器、隔離開關(guān)和互感器。

1.6 桿塔模型

通常情況下桿塔模擬需要使用多波阻抗、單波阻抗和集中電感等模型，集中電感模型以桿塔的等值為集中電感，但是桿塔的電位值相等不能反映雷擊塔頂造成的傳播過程和電位影響。在桿塔過高的情況下，要采用單波阻抗和多波阻抗。然后將單波阻抗模型看作為均勻參數(shù)，但是沒有辦法反映傳輸中波的減弱，為了桿塔參數(shù)計算更準(zhǔn)確，可使用多層傳輸塔模型。

2 模擬研究

根據(jù)變電站的實際狀況，可以先模擬參數(shù)。

2.1 雷擊桿塔模擬

雷擊桿塔經(jīng)過比較變電站設(shè)備中的過電壓可得知有無避雷器。經(jīng)過比較可知，如果設(shè)置避雷器的最大過電壓值是下降比值，那么就說明避雷器能影響雷電流的過電壓對變電站的影響大小，加設(shè)避雷器有很好的保護作用，有利于保護變電站中的電氣設(shè)備等遭受破壞，提高了電力系統(tǒng)的可靠性和安全性。

2.2 雷擊桿塔母線模擬

圖3中通過兩幅數(shù)據(jù)對比，可知變電站內(nèi)電氣設(shè)備的過電壓要高于原有雷擊點的過電壓，因此要避免雷擊到周圍桿塔，反之會造成反擊和雷擊母線。

2.3 桿塔接地電阻對雷電過電壓的影響

通過桿塔接地電阻的改變和ATP仿真模擬，可得知接地電阻的過電壓。隨著接地電阻的不斷增大，與之相關(guān)的設(shè)備過電壓也開始增大，因此降低桿塔中的接地電阻，能有效使過電壓的數(shù)值不超過額定電壓，有利于限制過電壓的水平和節(jié)約資金。

圖3 雷擊桿塔母線模擬電壓波形

2.4 母線處安裝避雷針對雷電過電壓的影響

在母線處加設(shè)避雷器，有利于降低變電站中有關(guān)設(shè)備的雷電過電壓。

3 結(jié) 論

（1）在分析500 k V變電站雷電過電壓時，需要采用ATP把變電站和進線段的整體網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合來進行考慮，這樣能夠使模擬分析更具完整性。研究分析時要區(qū)分近區(qū)和遠(yuǎn)區(qū)的雷擊，由文中的模擬分析可知，處于近區(qū)時，過電壓的電壓值最高。

（2）由模擬分析可知，桿塔沖擊接地電阻小時，會導(dǎo)致站內(nèi)設(shè)備的過電壓也小，流過避雷針的最大電流也會減小。從經(jīng)濟方面出發(fā)，電阻小則價格低，因此在此類工程中，要選用減少桿塔沖擊接地的電阻值。

（3）由模擬分析可知，對過電壓有重要影響的是主變側(cè)的避雷器保護距離。主變和避雷器間的距離越大，過電壓值就會越高，因此選用靠近主變側(cè)的避雷器。

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