MOA对变电站雷电侵入波防护效能的理论分析[范文]

摘要：当今超高压变电站的防雷保护主要是防护直击雷。而金属氧化物避雷器在变电站防雷方面起到了至关重要的作用。本文中应用EMTP仿真程序，考虑到雷击点及运行方式的不同，以保定某500kv敞开式变电站为例，系统地分析了在有无MOA以及避雷器安装位置不同的情况下，MOA对变电站重要设备的防护效能。从而得出了最终的结论，应该在母线上装设避雷器。同时，避雷器到变压器的距离越大，过电压幅值越大，本文最大保护距离为 57m，并建议尽量靠近主变安装。另外，本文研究结果也证明在单线单母单变的运行方式下选取＃2 杆塔为雷击点并设定其接地电阻来进行计算，这样得到的过电压水平较高，而由此确定的防雷保护方案也比较可靠。

ATPDraw程序所包含的主要元件模型参考图形

第一章绪论

1.1 研究背景及意义

随着社会经济的蓬勃发展，电能需求的日渐增多，为了减少输电线路的回路数量，从而节省用地、降低电能损耗，我国正在不断研究并着手建设超高压的电力系统。目前，我国已经形成了覆盖西北、华中、华东、华北、东北以及南方的五个以近500kV超高压的输电线路做为主干的跨省电网，并且已经建成200余座最高电压等级为500k V的大型变电站。作为电力系统中的枢纽变电站，这些500k V的大型变电站一旦因为雷击而导致其内部的设备不能正常工作，将会直接致使整个的电力系统的可靠性受到威胁，进而会对国民经济稳定和人们的日常生活用电造成很大的困扰，这也就要求这些枢纽变电站必须装设达到足够安全可靠要求的防雷保护。

变电站的雷害一般来自两个方面：一是直接在变电站落雷，一般安装避雷针或避雷线对这种直击雷的防护；二是雷击输电线路产生的雷电过电压波沿线路侵入变电站。通过我国多年的摸索积累的经验，只要是正确地依照规程安装防雷设施的变电站，发生直击雷事故的概率都会降得很低，该变电站的防雷保护的保护效能也会十分的可靠。另外线路落雷的发生还是挺频繁的。即便沿着输电线路侵入变电站的雷电过电压幅值会受到线路绝缘水平的限制，但是变电站里各个电气设备的绝缘水平比线路的绝缘水平更低。而且与此同时，变电站的进线段虽然也有防雷保护，然而却和分进线段的保护本质相似。同样可能传导雷电侵入波。在变化过程很快的雷电波作用下，变电站内众多的联络短线和输电线路上都表现为其间行波的传播以及快速地折返射，在这个过程中通常会产生幅值极高的极易造成设备损伤的过电压。由此可见，沿线路侵入变电站的雷电波过电压是变电站里的电气设备受到的主要威胁。所以我们要对电气设备上，在变电站里，流过的雷电侵入波过电压的分布进行仿真，以便更好地选择避雷器保护，限制雷电过电压。

计算雷电放点的彼得逊等值电路

相较于最高电压等级为110kV和220kV变电站，500kV变电站的电压等级更高，设备和线路的工作电流更大，设备所占空间大（500k V并联电抗器和变压器套管的对地距离约9m，避雷器高约6.5m）。并且500kV的敞开式变电站，引线较长，各电气设备间距较大，架空线和母线波阻抗相近。在对其进行防雷保护设计时，规程没有固定模式，根据可靠性和经济性，需对该变电站的雷电侵入波的过电压值进行仿真，确定MOA的数量和位置，以保证不管在什么运行方式下变电站设备的过电压均不超过其绝缘水平，同时确保流过MOA最大电流不超过20kA。

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国内外的研究人员对500k V的变电站进行了大量理论分析和试验仿真，在计算分析变电站雷电侵入波方面取得了很多成果。我们主要采用模拟实验和数值计算两种方法进行研究，二者互为补充。模拟实验主要运用防雷分析仪，而数值计算则依靠各种电磁瞬态软件进行计算仿真。目前，国内外研究人员主要采用包括EMTP、FLFX、FLASH以及 CETSP等电磁暂态仿真程序进行仿真。而且 EMTP作为其中最早被开发使用的电磁暂态计算程序，在国际电力暂态系统仿真领域应用甚是广泛，仿真成果也得到了众多从业人员的认可。同时在建立侵入  500k V变电站雷电波的数值计算模型时，有很多影响因素，包括输电线路的冲击电晕效应、线路杆塔上绝缘子串的冲击伏秒特性、线路上的工频电压、线路上产生的感应过电压、进线段杆塔模型、杆塔冲击接地电阻、变电站运行方式、雷击点的不同等等。然而上述仿真软件都没有系统地考虑上述因素，而且随着像GIS以及HGIS这样的新型设备逐渐出现，以前常规的变电站仿真模型已不能满足要求，雷电侵入波的计算模型也需要改进。

氧化锌非线性电阻的伏安特性

本文计划利用广泛被使用的ATP-EMTP程序，结合以往变电站的设计经验，将500kV电压等级部分的变电站线路及其所连进线段线路作为统一网络考虑，针对系统可能的运行方式，系统地分析计算雷电侵入波过电压，进而研究保定某500kV变电站的MOA防护效能。