基于ATP-EMTP仿真模型的变电站防雷研究

邵昱　拜姝羽　胡斐然　王超

摘 要：本文首先建立500kV变电站在雷电波冲击下的仿真模型，再建立绕击雷电波电源模型。将雷电波电源接于变电站的一条出线，利用ATP-EMTP进行各种情况下的仿真计算，确定作用于各设备的过电压是否超过其过电压耐受水平。

关键词：过电压;ATP-EMTP;接地电阻;避雷器

中图分类号：TM63;TM863文献标识码：A 文章编号：1003-5168（2018）26-0124-03

本文建立500kV变电站在雷电波冲击下的仿真模型与绕击雷电波电源模型。将雷电波电源接于变电站的一条出线，进行各种情况下的仿真计算。

2 计算结果分析

本次仿真采用绕击一号杆塔，且此时对只运行一条线路的情况进行仿真计算，以观察进线上各种设备的电压大小及绝缘子串的闪络情况。消除因绝缘子串闪络而产生泄漏电流的影响，雷电流幅值应取绝缘子串未闪络情况下的最大值，经仿真计算为30kA。现选取只运行一号出线，将其余4条出线断开。

当雷电流为29kA时，绕击一号杆塔，一号绝缘子串的电压波形如图1所示。

当雷电流为30kA时，绕击一号杆塔，一号绝缘子串的电压波形如图2所示。

从图1和图2可以看出，当雷电流为29kA时，一号绝缘子未发生闪络;当雷电流为30kA时，一号绝缘子开始闪络。因此，取未发生闪络情况下的最大值，即取雷电流为29kA，进行仿真计算。当雷电流为30kA时，绕击一号杆塔，观察一号出线端处电压互感器的电压波形，通过观察各种情况下的电压波形，分析接地电阻大小与避雷器运行状态对过电压大小及波形的影响。

2.1 进线端避雷器正常运行

接地电阻为2Ω时，9号电压电压互感器波形如图3所示。

由图3和图4可以看出，当接地电阻一定时，在进线端加装避雷器，一方面可有效限制设备过电压水平，另一方面可以使设备的过电压尽快恢复，有效提高了设备的耐雷水平，保障了设备正常运行[8]。进线端避雷器正常运行时，改变一号杆塔的接地电阻，各台设备的电压值如表3所示。

由表3的计算结果可知，当进线端避雷器正常运行时，各台设备的耐雷水平随一号杆塔接地电阻的增大而减小。

当接地电阻为2Ω时，改变进线端避雷器的运行状态，各台设备的电压值如表4所示。

由表4的计算结果可知，当一号杆塔的接地电阻一定时，避雷器退出运行时的过电压水平比正常运行时高得多，在进线端加装避雷器可有效提高各台设备的耐雷水平，预防超出规程规定的过电压的出现，有效保护各台设备的安全运行[9]。

3 结论

本次仿真通过改变接地电阻值大小及在进线端加装避雷器得出以下两点结论：①设备的过电压水平随着杆塔接地电阻的增大而增大，接地电阻值越大，各台设备的过电压越高;②在进线端加装避雷器可有效降低各台设备的雷击过电压水平。

改进措施有以下两点。①通过采取各种措施尽量减小各个杆塔的接地电阻，尤其是减小距离变电站较近的杆塔的接地电阻。常用方法有：第一，接地网尽量选在低洼潮湿的地带;第二，尽量增加接地桩的深度和数量;第三，连接接地桩尽量采用宽点的带铁，并尽量埋深点;第四，提高杆塔接地处的土壤盐碱度;第五，在接地极上涂抹防锈、防腐材料。②在各条线路进线端加装氧化锌避雷器，以有效降低整个变电站的过电压水平，在重要设备及母线旁加装避雷器，提高保护效果。

参考文献：

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[8]吳桂芳.500kV莞城变电站雷电侵入波过电压的计算[D].武汉：武汉大学，2002.

[9]中华人民共和国电力工业部.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合：DL/T 620—1997[S].北京：中国电力出版社，1997.