变电站雷电侵入波过电压防护的探究

变电站雷电侵入波过电压防护的探究

白云

身份证号：421083198903150445       湖北武汉     430000

摘 要：本文以500 kV GIS变电站为研究对象，通过PSCAD/EMTDC建立雷击入侵波影响变电站运行的数学仿真模型，一方面是对变电站中主要电气设备的过电压情况进行探讨，另一方面则是对雷击入侵波对变电站运行具有影响的原因进行分析，从而提出具有较高经济性、实用性的防雷防护措施，以供行业内专业人士参考借鉴。

关键词：变电站；避雷器；绝缘子串

变电站作为电力系统中一个非常重要的组成部分，其发生雷击事故将给用户的生产和生活带来巨大的经济损失，因此对其进行研究显得尤为必要。为了确保电力系统的稳定，对变电站采取相应的防护措施，以防止雷击事故发生。雷电侵入具有很强的破坏性，不仅会对变电站内的设施造成大范围的破坏，而且还会对一些设施产生重大破坏，进而引起大范围的断电，并且电气设备的内部绝缘被破坏后，维修时的困难度也会较大。

1.仿真模型搭建

通常情况下变电站在处于不同运行方式时，雷电侵入波会造成变电站中的设备出现电压幅值存在差异的情况，而且这种差异往往较大，当变电站中运行的设备越多，雷电分流的程度也会随之变大，但是，侵入波的幅值却与之相反，往往更低。目前500 kV GIS变电站抵御雷电侵入波已成为当前电力系统研究领域的一个热点问题，通过防止雷电侵入，提高输电容量，实现超高压电力系统的安全稳定运行。500 kV GIS变电站主接线模型详见图1所示，由此可知，本变电站有A1,A2,B1,B2四条进线，其为该变电站的两台变压器供电。图1所示的A1、A2是将一个高电压并联电感 REA安置在输入端处，因为 REA进口容量很大，所以要采取有效的预防措施来防止雷电侵入波。在雷电的极性为负值的情况下，波形为2.6/50 μs，而在反击的情况下，雷电的幅值为216kA，大多数雷电的幅值都低于此数值。雷电通道波阻抗Z0的大小为800Ω；当雷电通道出现反向电流时，其波阻抗Z0为300Ω。图2为在假定输电线路的绝缘子串J10发现闪络，雷电入侵波从J10向输电电线传播的情况下，进线分段输电线路的多波等效阻抗模式。杆塔抗碰撞接地阻抗 Rch取10Ω，杆塔跨距取400m；避雷线和引地线均为单相非破坏性导线，前者采用LBGJ—120—40AC和 OPGW—140，其波阻最大值为200Ω；而当线上产生电晕时，波阻抗减小20%—30%，则波阻抗为280Ω。在表1中列出了变电站放电器的伏安性能，假定基准电压 Uref值为2倍的额定电压值，那么电站式基准电压 Uref值为840kV，而线式基准电压 Uref值为888kV。

图1  500 kV GIS变电站电气主接线模型

2.影响因素分析

雷电入侵波会对变电站中的各类设备产生严重的影响，甚至导致电网无法供电。当绝缘子串闪络得越早，雷电入侵波在电气设备中的过电压越高，产生的危害也愈大。例如图1中B2经母线II向2号主变进行输电，假定1号塔架被雷电击中，那么该时刻的绝缘子串导线端部J10的工频电压为：vf(t)=cos(at+b)=429cos(at+b)。其中当vf(t）值不同时，出现闪络

的时间也就不同。如图2所示，当vf(t)=429 kV时，闪络时间为1.65μs；而当vf(t)=0时，闪络时间为1.94μs。

图2 vf(t)=429 kV和vf(t)=0

图2中两种工频电压下的绝缘子串激光放电电压的波形图非常类似，其不同之处在于其放电时刻的不同。由图2可知，避雷线被雷电击中后，雷电侵入绝缘子串需要一定的时间（约为0.13μs左右），从而导致其电压迅速上升。绝缘子串在避雷线 O.7μs-0.8μs时，其曲线呈缓慢上升趋势，1秒钟后，曲线再次显著升高，这是由于入侵波是从塔底向绝缘子串中反弹而被消去的，所以其传播速率不如雷电侵入时那么迅速。而在V值不同的情况下（详见表2），随着闪络起始时刻的推迟，GIS过电压逐渐变小，其他电气设备的过电压值也随之增大。这主要是因为当反射波到达绝缘子段处时，其他电器上的过电压值已大大增加，回波对电气装置造成的冲击很难消除。

3.电气装置防护措施

电力系统中为了避免雷电入侵波，通常采取适当的方法，即在适当位置装设避雷针，以便装置能承受雷电入侵波。本文

采用模拟开关的方式，使导线两端无负荷地工作，而电网的容性作用会导致其在工频时的末端电压较高，若有雷电入侵，其电压将翻一番。为此，应在进线端安设避雷针，以抑制雷电辐射，并在变电所内设置避雷针，从而获得雷电波影响的分布情况。雷电波侵入变压器后，在变压器上会形成很高的过压，而GIS内的过压超过了变压器所能承受的极限，所以需要在变压器上加装防护装置。在线路入口端加装一根线式避雷器，并将其安装在主变侧和 GIS的母线上，这样不仅能减少变电所内的过电压，而且更加的经济、安全、节约成本。

结束语：

综上所述，本文以500 kV变电为例，针对电网运行最恶劣的情况，采用在线路入口端加装一台线式的避雷器，将其设置在变压器的主变压器一侧并安装在 GIS的母线末端，这种方式既能够满足 GIS母线端的安装，还能够降低变电站内部的过电压，实现变电站的安全运行。

参考文献

[1]姚志刚,王赛一,薄明明,等.变电站雷电侵入波过电压防护的研究[J].计算技术与自动化,2019(03):57-58

[2]王瑞明，王斌.基于EMTDC的变电站雷电侵入波过电压研究[J]//第十八届输配电技术研讨会暨华东六省一市电机工程（电力）学会输配电技术研讨会，2023(12):29-31.

[3]郑士普,魏星.500 kV HGIS变电站雷电侵入波过电压研究[J].重庆大学学报, 2019(06):36-38.