500 k V变电站雷电过电压的模拟分析

乔彦彤

（中国南方电网超高压输电公司柳州局，广西柳州545006）

我国的电力事业发展很快，500 k V变电站工程随之增加，因此要注重使用安全性的高压设备。雷电侵入波是对变电站构成威胁的原因之一。我国是一个雷电活动频繁的国家，因雷击原因能造成严重的人员伤亡和财产损失。本文使用ATP-Draw对变电站雷电波进行研究，对变电站的运行方式和相关设备等进行分析。

1 ATP-Draw模型模拟

ATP-Draw是国际通用模型，其依据实际情况对避雷器、进线段及雷电模型进行模拟研究。

1.1 500 kV变电站等效电路图

由于要保证系统的安全性，所以在进行模拟时要选用“一线一变”的运行方式。图1为500 k V变电站等效电路图。图中TR是变压器，CVT是电压互感器，QF是断路器，L是电抗器，GW是隔离开关，MOA是金属氧化物避雷器。

图1 500 kV变电站等效电路图

1.2 雷电流模型

雷电流的波形规律相似，但是地形、气象和测量等方面存在差异，因此雷电流模型运用雷电流幅值分布的现行标准。

1.3 进线段模型

因为雷电侵入波会通过进线段侵入变电站，所以要做好进线段模型的模拟研究。通常情况下要确保2 km外的线路导线上出现过电压时，不会损伤发电厂电气设备和变电站的电气设备。但是在实际状态下，如果在变电站2 km外的线路上落雷，就会大大减弱能量，而不会对变电站内设备的绝缘造成威胁。

杆塔模型：杆塔模型依据其结构，采用波阻形式表明几何的结构段。进行防雷计算时，要了解清楚雷电冲击波的相关因素。杆塔的冲击响应波的阻抗指的是塔顶电位和电流比值，这就是马蒂模型。

绝缘子闪络模型：使用绝缘子串联两面电压及其相交的伏秒特性来辨别绝缘子闪络，即绝缘子闪络模型，其表达式为：Us=400L+710Lt-0.75。

进线段线路参数：4XLG—400／35导线型号是500 k V的电压等级，该导线要采用四分裂结构，导线分裂间距是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线性电阻。500 k V金属氧化物避雷器的伏安特性曲线如图2.。其可使用非线性电阻进行分析模拟，通常情况下，分线性特性的模拟使用分段线性的函数模型。

图2 500 kV金属氧化物避雷器的伏安特性曲线

1.5 站内电器设备模型

雷电侵入波的等值频率高、维持时间短，所以可以在10μs算出最大的过电压幅值。变电站设备在雷电波的状况下，可以成为等值冲击入口电容，而且存在分布参数线段，如变压器、隔离开关和互感器。

1.6 杆塔模型

通常情况下杆塔模拟需要使用多波阻抗、单波阻抗和集中电感等模型，集中电感模型以杆塔的等值为集中电感，但是杆塔的电位值相等不能反映雷击塔顶造成的传播过程和电位影响。在杆塔过高的情况下，要采用单波阻抗和多波阻抗。然后将单波阻抗模型看作为均匀参数，但是没有办法反映传输中波的减弱，为了杆塔参数计算更准确，可使用多层传输塔模型。

2 模拟研究

根据变电站的实际状况，可以先模拟参数。

2.1 雷击杆塔模拟

雷击杆塔经过比较变电站设备中的过电压可得知有无避雷器。经过比较可知，如果设置避雷器的最大过电压值是下降比值，那么就说明避雷器能影响雷电流的过电压对变电站的影响大小，加设避雷器有很好的保护作用，有利于保护变电站中的电气设备等遭受破坏，提高了电力系统的可靠性和安全性。

2.2 雷击杆塔母线模拟

图3中通过两幅数据对比，可知变电站内电气设备的过电压要高于原有雷击点的过电压，因此要避免雷击到周围杆塔，反之会造成反击和雷击母线。

2.3 杆塔接地电阻对雷电过电压的影响

通过杆塔接地电阻的改变和ATP仿真模拟，可得知接地电阻的过电压。随着接地电阻的不断增大，与之相关的设备过电压也开始增大，因此降低杆塔中的接地电阻，能有效使过电压的数值不超过额定电压，有利于限制过电压的水平和节约资金。

图3 雷击杆塔母线模拟电压波形

2.4 母线处安装避雷针对雷电过电压的影响

在母线处加设避雷器，有利于降低变电站中有关设备的雷电过电压。

3 结 论

（1）在分析500 k V变电站雷电过电压时，需要采用ATP把变电站和进线段的整体网络相结合来进行考虑，这样能够使模拟分析更具完整性。研究分析时要区分近区和远区的雷击，由文中的模拟分析可知，处于近区时，过电压的电压值最高。

（2）由模拟分析可知，杆塔冲击接地电阻小时，会导致站内设备的过电压也小，流过避雷针的最大电流也会减小。从经济方面出发，电阻小则价格低，因此在此类工程中，要选用减少杆塔冲击接地的电阻值。

（3）由模拟分析可知，对过电压有重要影响的是主变侧的避雷器保护距离。主变和避雷器间的距离越大，过电压值就会越高，因此选用靠近主变侧的避雷器。

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