同一雷电流离导线的远近不同形成了不同的感 应过电压。 同一感应电压, 雷击在线杆处引起闪络 的可能性最大, 因此线路耐感应过电压水平将取决 于线路绝缘子的耐压水平。 一般情况下, 感应电压 的极性与雷电流相反, 导线上与雷击点最近处所感
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绝缘子串上电压曲线相交, 相应时刻即为闪络时刻。
杆塔绝缘子串上的闪络电压与作用其上的电压波形
有关, 可用伏秒特性来表示, 通过采用最小二乘法 构造出线性系数的回归分析来逼近。 例如 500 kV 标准绝缘强度采用 25 片 XP - 160 绝缘子, 其伏秒 特性数据如表 1 所示:
表 1 500 kV 绝缘子串 V- S 特性
(3)
负极性雷击中塔顶或避雷线, 在先导阶段, 杆
塔、避雷线以及导线上都感应出大量。在主放电阶段, 先导通道的负电荷与杆塔、避雷
线以及大地中的正电荷迅速中和, 形成雷电冲击波,
使塔顶、避雷线的电位不断升高, 而导线电位由于导
线、避雷线之间的电磁耦合也会有所升高, 但幅度不
t Λs V + kV
2
3
4
5
7
10 14
3 330 2 830 2 630 2 500 2 330 2 260 2 200
运用M A TLAB 进行回归分析, 可得到其伏秒
特性方程为:
u ( t) = 2 167. 5 + 1 022. 6e- t 4 + 608e- t 1. 5 +
4 628. 1e- t 0. 8
990. 84 998. 87 - 1. 041 2 - 1. 444 3
1 038. 3 1 041. 2 1 015. 2
- 1. 563 1 - 1. 108 2
3 仿真计算
选取有 2 台主变、2 段母线的典型 500 kV 变电 站进行研究。 其一次接线图如图 3 所示。 研究近区 雷击时, 选择在 2 km 以内的 1- 5 号杆塔; 研究远 区雷击时, 选择在 2 km 处的 6 号杆塔。
波阻抗沿杆塔是变化的, 存在相当大的衰减〔6〕。 将杆塔视为分布参数, 杆塔的水平导体 (包括横 担) 的波阻抗 (ZA 1, ZA 2) 取 160 8 , 主干 (杆塔的垂直 导体) 波阻抗 (Z T1, Z T2) 取 140 8 , 支架 (杆塔的斜导 体) 波阻抗 (ZL 1, ZL 2) 取 1 260 8 , 波速取光速。
2006N o. 2
HU NAN EL ECTR IC POW ER
V o l. 26
可以保持绝缘子闪络状态; G (s) 为求和传递函数 块, 模拟绝缘子过电压与伏秒特性。
图 2 绝缘子的闪络模型
表 2 不同运行方式下的过电压、 过电流情况
单线单变 单线双变 双线单变 双线双变
线路侧 PT 过电 压最大值 kV 线路侧避雷器最 大电流 kA 母线 PT 过电压 最大值 kV 母线避雷器最大 电流 kA 1 号变过电压最 大值 kV 2 号变过电压最 大值 kV 主变避雷器最大 电流 kA
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500 kV 变电站运行方式及工频相角对雷电 侵入波过电压的影响
邓 维1, 刘卫东2, 傅志扬2 (1. 武汉大学电气工程学院, 湖北 武汉 430072; 2. 湖南省超高压输变电公司, 湖南 长沙 410015)
摘 要: 雷电侵入波过电压是对 500 kV 变电站电气设备绝缘构成威胁的主要方式之一。 选取典型 500 kV 变电站, 分析了杆塔与绝缘子的计算模型, 并应用A T PD raw 仿真软件 计算 500 kV 变电站运行方式与工频电压相角对雷电侵入波过电压的影响。 关键词: 雷电侵入波; 过电压; 运行方式; 工频相角; A T PD raw 中图分类号: TM 862 文献标识码: A 文章编号: 100820198 (2006) 0220005204
及塔顶电位, 因此绝缘子串上出现了电位差。而且,
在主放电阶段, 向雷云方向发展的主放电释放了导
线上被先导通道中负电荷束缚的正电荷, 主放电电
流会引起空间电磁场的剧烈变化, 在导线上会出现
正极性的感应过电压, 该电压与耦合电压分量极性
相反, 从而加大了绝缘子串上的过电压。另外, 当导
线上带有较高电压等级的工频电压时, 也将影响到
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绝缘子串上过电压。
从 上所述, 雷击塔顶或避雷线时绝缘子串上的
过电压由 4 个分量组成。即
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V ins ( t) = V cr ( t) + V pf ( t) + V i ( t) - V co ( t) (4)
式中 V ins ( t) 为绝缘子串上的过电压; V cr ( t) 为横 担上电压的绝对值; V pf ( t) 为导线上的工频电压; V i (t) 为雷击杆塔处绝缘子串 (导线) 上感应过电压 的绝对值; V co ( t) 为被击避雷线与以闪络导线对未 闪络导线的耦合电压的绝对值。
图 4 1 号变雷电侵入波过电压曲线
3. 1 运行方式的影响 变电站内共有 4 种运行方式: 单线单变、 单线
双变、 双线单变、 双线双变。 当雷击 4 号杆塔时的 过电压与过电流的情况如表 2 所示。
单线单变运行方式 1 号变雷电侵入波过电压及 主变避雷器电流的波形分别如图 4、 图 5 所示。
从表 2 中可见, 变电站为单线单变的运行方式 是最严重的情况。 在这种运行方式下雷电流流经的 线路少, 电容小, 雷电流分流少, 因此过电压最高。 3. 2 工频电压相角的影响
1 感应过电压与绝缘子闪络原理
对沿全线有避雷线的线路来说, 雷击进线段杆 塔一般以 2 km 为界分为远区雷击与近区雷击, 将 变电站和进线段结合起来进行系统的计算和研究。
收稿日期: 2005210217
雷电侵入波过电压主要是 2 km 以内的近区雷击〔3〕。 1. 1 感应过电压的计算
雷击杆塔时输电线上产生的过电压有 2 个分 量: 雷电波通过线路和杆塔组成的分布参数电路传 导过来的过电压波; 雷电放电先导通道产生的电磁 场通过场线耦合在输电线上产生的感应过电压。 感 应过电压发展的过程包括 2 个阶段, 第 1 阶段是由 云层向下缓慢发展, 沿途留下负电荷; 第 2 阶段是 以非常快的速度由下而上的主放电阶段, 其电流远 大于第 1 阶段先导电流。 由于感应雷在线路中同时 形成近似等值的过电压, 因此不会导致线间闪络, 感 应过电压主要引起线路绝缘子闪络。
图 5 主变避雷器电流曲线
500 kV 输电线路中工频电压对雷电侵入波过 电压的影响较大。 500 kV 工频电压最大峰值可达 449 kV , 约占线路绝缘子串 50% , 正极性冲击放电 电压的 20% 左右, 因此不能忽略其影响。不同工频 相角下主变出现的过电压最大值如表 3 所示。
工频电压对 500 kV 线路雷电侵入波过电压的 影响包括 2 方面: a. 绝缘子串闪络时, 从绝缘子串 闪络的判据来看, 正极性的工频电压更容易发生闪 络; b. 雷击反击电压为负极性, 与工频电压叠加, 因此工频电压处于负半周时落雷更容易形成高的过 电压。 综合考虑, 最大过电压值并不一定出现在工
应的电压最高〔4, 5〕。设雷云高度为 H , 正对雷电处的 导线高度为 hd, 导线与雷电先导的水平距离为 S , 则 导线上的感应电压可近似为:
U g≈
60
Ihd S
(1)
同样可以得到导线上距离中心点为 x 处的感应
过电压:
U g≈ 60
Ihd S2 + x2
(2)
1. 2 绝缘子闪络原理
绝缘子串上过电压较高时, 其伏秒特性曲线与
Effect of 500 kV substa tion opera tion m ode and pha se angle
of appl ied voltage on l ightn ing incom ing surge
D EN G W ei1, L IU W ei2dong2, FU Zh i2yang2
( 1. E lectric Eng ineering In stitu te, W uhan U n iversity, W uhan 430072, Ch ina; 2. H unan EHV T ran sm ission & T ran spo rta tion Com p any, Chang sha 410015, Ch ina) Abstract: L igh tn ing incom ing su rge is one of the m ain cau ses that dam age the in su lation of the h igh vo ltage app aratu s in 500kV sub station s. In th is p ap er, a trad itional 500kV sub station is illu strated. T he calcu lation m odels of tow er and su sp en sion in su lato r are analyzed. A T PD raw sim u lation softw are is u sed to calcu late the effect of 500 kV sub station op eration m ode and p hase ang le of app lied vo ltage on the over- vo ltage cau sed by ligh tn ing incom ing su rge. Key words: ligh tn ing incom ing su rge; overvo ltage; op eration m ode; p hase ang le; A T P D raw