計算500kV變電站的繞擊耐雷水平畢業(yè)設計1

1、應用ATP-draw計算500kV變電站的繞擊耐雷水平系 別：機電與自動化學院專 業(yè) 班：電氣工程及其自動化0703班姓 名：XXX學 號：20071XXXXXX指導教師：XXXX 2011年6月XX應用ATP-draw計算500kV變電站的繞擊耐雷水平Application of ATP-draw around the calculation of 500kV substation level LIGHTNING朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典 摘 要 由于輸電線路所經地區(qū)的地形、地貌、雷電活動情況以及線路自身的防雷設計和絕緣水平不同，雷擊引起的故障原因各不相同。如果沒有針對特殊地段采取特殊

2、的防雷措施，難以收到較好的防雷效果。國內外運行經驗表明，500kV及以上電壓等級輸電線路，尤其在山區(qū)丘陵地帶,繞擊是造成雷擊的主要原因。因此要重視雷擊跳閘原因的分析，根據(jù)具體情況及運行經驗采取有效和針對性的防范措施，降低輸電線路的雷擊跳閘率。本課題中應用ATP-draw計算程序計算500kV變電站的繞擊耐雷水平。通過仿真軟件建立變電站按一線一變方式運行的情況下的變電站模型和進線端線路模型。并計算當雷擊于500kV變電站近區(qū)輸電線路導線上時，變電站內高壓電器設備上的過電壓水平。計算研究中，先假定一個變電站內電氣設備的絕緣配置水平，與計算得到的耐雷水平進行比較，來判斷此次繞擊是否會發(fā)生線路跳閘事故

3、。對仿真結果進行分析，通過對比數(shù)據(jù)得出變電站的繞擊耐雷水平，并進一步思考如何改進變電站的防雷能力。關鍵詞：輸電線路 繞擊 電氣幾何模型 繞擊跳閘率 耐雷水平AbstractBy transmission lines because of the topography of the area, landscape, lightning activities, and line their own different levels of lightning protection design and insulation, lightning caused by faults for differ

4、ent reasons. If there is no special section for the lightning to take special measures, the mine is difficult to receive good results. Domestic and international operating experience shows that, 500kV and above voltage transmission lines, especially in the mountainous hills, around the lightning str

5、ike is the main cause. Therefore, attention should be paid analysis of the causes lightning trip, according to the specific circumstances and operating experience to take effective and targeted preventive measures to reduce the rate of transmission line lightning trip. Application of this project ca

6、lculation program to calculate ATP-draw around 500kV substation LIGHTNING level. The simulation software to establish a change substation line run by the circumstances of the substation model and into the line-side line model. And calculate when lightning strikes near the 500kV transmission line sub

7、station wire, the substation high voltage equipment on the over-voltage level. Calculation of the first electrical device assuming a substation insulation staffing levels, and calculated to compare the level of resistance to mine, to determine whether the attack occurred around the line trip acciden

8、ts. The simulation results are analyzed, the data obtained by comparing LIGHTNING around the substation level, and reflect further on how to improve the capacity of the mine substationKey words: transmission lines shielding electrical geometric model trip around the strike rate withstanding level目 錄

9、摘 要IAbstractII目 錄III第一章 緒論11.1 前言11.2 課題研究的意義11.3 輸電線路繞擊耐雷性能計算的國內外研究現(xiàn)狀11.4 ATP-EMTP程序51.5 小結6第二章 變電站的防雷與保護72.1 雷電參數(shù)72.2 雷電過電壓72.3 雷電侵襲形式72.4 變電站主要設備82.5 變電站防雷措施和主要防雷裝置82.6 小結9第三章 仿真計算原理103.1 EGM的基本介紹103.2 繞擊雷113.3 繞擊跳閘率113.4 變電站中變壓器到避雷器的安全距離113.5 小結12第四章 雷電波繞擊侵入500kV變電站的仿真計算134.1 電氣主接線圖134.2 雷電參數(shù)的模擬

10、154.3 進線段的仿真154.3 計算結果164.4 小結17第五章 總結與展望185.1 總結185.2 展望18參考文獻19致謝20朗讀顯示對應的拉丁字符的拼音字典第一章 緒論1.1 前言根據(jù)國外超高壓電網運行部門的統(tǒng)計數(shù)，大多數(shù)500kV變電站的侵入波跳閘事故都是由于雷電直接繞擊于變電站近區(qū)輸電線路引起。當雷電繞擊于500kV變電站近區(qū)輸電線路導線時，雷電波將沿線路入侵變電站，損壞變電站內的高壓電器設備。ATP（選擇性暫態(tài)程序）是目前世界上應用最廣泛的電磁暫態(tài)仿真軟件，現(xiàn)已廣泛地應用于電力系統(tǒng)過電壓暫態(tài)計算中。隨著我國500kV輸電線路的建設和發(fā)展，如何提高500kV變電站安全可靠性的

11、課題日益成為我國堅強電網的建設中的關鍵技術所在。在雷電活動頻繁的地區(qū)，由于雷擊造成變電站內電氣設備損壞的情況時常發(fā)生。變電站內設備因雷擊造成的絕緣損壞大多由輸電線侵入的雷電過電壓波引起。為保證電網的安全穩(wěn)定運行，減少變電站電氣設備雷擊損壞，應對變電站的雷電侵入波特性進行研究分析，以確保在各種運行方式下各電氣設備因雷電引起的過電壓值低于其額定雷電沖擊耐受水平（BIL）。研究沿線路傳來的雷電波侵入變電站的波過程時，由于輸電線的分布參數(shù)復雜，且變電站內設備和回路分支眾多，雷電侵入波在變電站內將發(fā)生復雜的折反射。為此，本文選取電磁暫態(tài)仿真計算程序ATP-draw對某500 kV變電站進行仿真計，分析雷

12、電侵入變電站時，在不同的運行方式、桿塔沖擊接地電阻、雷擊點與變電站的距離、避雷器的保護方式以及避雷器與保護設備之間的距離等因素下，雷電過電壓對設備的影響。1.2 課題研究的意義變電站是電力系統(tǒng)的樞紐，它擔負著電網供電的重要任務，因此，它是防雷的重要保護部位。由于變電站和架空線路直接連接，而線路的絕緣水平又比變電所內的電氣設備為高，因此沿著線路侵入到變電所的雷電進行波的幅值也是很高的。如無完善的保護設施，就有可能使變電站內的主變壓器或者其他設備的絕緣損壞。變電站一旦發(fā)生雷害事故，使設備受到損壞，就有可能造成大面積停電，給生產和生活帶來重大損失和影響，其后果是十分嚴重的。為此,研究變電站防雷和改進

13、防雷技術對未來電力系統(tǒng)的發(fā)展具有舉足輕重的意義。1.3 輸電線路繞擊耐雷性能計算的國內外研究現(xiàn)狀本世紀六十年代以前，線路繞擊研究主要集中在實驗室內小型模擬試驗和現(xiàn)場運行經驗的積累與總結，其中最主要的是前蘇聯(lián)學者V.V.BorgSdorv和M.V.Kostenl的工作，M.V.Kostenko等人在1961年提出雷電繞擊率經驗公式。六十年代初，美國E.R.Whitehead、H.R.Armstrong、G.R.Brown等人相繼開展繞擊的理論研究，并取得重要成果 1 。他們根據(jù)計算和試驗，完善和發(fā)展了分析繞擊性能的電氣幾何模型(EGM)，被稱為Whitehead理論(本文簡稱為WS EGM)。該

14、模型以確切的現(xiàn)場數(shù)據(jù)為基礎，所以在雷電繞擊設計中得到了廣泛應用。1963-1964年我國朱慕美教授在模擬試驗的基礎上獨立提出了與Whitehead基本相似的模型。隨后，Sargent、Edksson、Mossa等人在EGM的完善和推廣應用方面作了大量工作?，F(xiàn)代EGM，進一步考慮了擊距的間隙系數(shù)、桿塔、弧垂和地形等各種因素的影響，并編制了相應的計算程序。近年來，Eriksson、Dellera、Rizk等人將長空氣間隙放電研究成果應用于繞擊性能的研究，提出了先導發(fā)展模型(LPM)，LPM認為：在下行先導的作用下，接地結構物的上行先導的發(fā)生、發(fā)展及相遇過程，在決定繞擊性能時起決定性作用，并引入吸引

15、距離作為基本參數(shù)。針對日本海岸冬季雷電活動的特點，Shindo提出在雷云作用下從高建筑物發(fā)生的上行雷閃的屏蔽分析模型。這些成果是傳統(tǒng)電氣幾何模型的重要發(fā)展。下面重點介紹幾個較有影響的雷電繞擊計算模型，并對它們的優(yōu)缺點進行分析。(1) 規(guī)程法目前，我國雷電繞擊系統(tǒng)設計及其性能估算，以我國電力行業(yè)標準交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合為依據(jù)。標準認為：繞擊率與保護角、桿塔高度以及線路經過的地形、地貌、地質條件有關，平原和山區(qū)線路的繞擊率與保護角和桿塔高度的關系如下平原線路： (1-1) 山區(qū)線路: (1-2)式中，為保護角(單位為度),為桿塔高度(單位為米)。規(guī)程法中的繞擊率計算公式，工程上應用簡

16、單方便，且它經過了實踐檢驗，能夠滿足一般線路的防雷設計。但其缺點也很明顯：該公式，是根據(jù)多年的運行經驗和小電流下的模型試驗結果而提出的，所以帶有綜合的平均性質，不能反映具體線路的特點，無法解釋屏蔽失效的現(xiàn)象。(2) Whitehead等人的經典電氣幾何模型(WS EGM)電氣幾何模型是指將雷電的放電特性與線路的結構尺寸聯(lián)系起來而建立的一種幾何分析計算模型。該模型的核心是“WhiteheadBrown”的繞擊模型，如圖所示。圖1-1 雷擊輸電線路的電氣幾何模型其基本原理為：先導放電通道頭部到達被擊物體的臨界擊穿距離一擊距以前，擊中點是不確定的，先到達哪個物體的擊距之內，即向該物體放電；擊距僅同雷

17、電流幅值有關，而與其它因素無關；先導對桿塔、避雷線、導線的擊距相等。WS EGM模型將雷電的放電特性同線路的結構尺寸聯(lián)系起來，比傳統(tǒng)的方法前進了一大步，在世界上許多國家得到應用，顯示強大的生命力。但是，該模型存在一些不足：它未考慮放電的分散性；沒有考慮其它因素對擊距的影響；未考慮雷擊大地、避雷線、導線時的差別，而假定先導對三者的擊距相等；它是根據(jù)桿塔高度不高(60米以下)、保護角在10-30度以及接地良好的線路的運行數(shù)據(jù)和模擬試驗得出的模型，因此有限定的適用范圍。(3) Eriksson的改進電氣幾何模型Eriksson針對經典電氣幾何模型的不足，提出改進的電氣幾何模型。Eriksson模型考

18、慮了結構物高度對繞擊的影響，并引入了吸引距離這一概念。Eriksson模型認為：當下行雷電先導進入結構物的吸引半徑之內，上行先導將對下行雷電先導進行攔截而發(fā)生雷擊：吸引半徑同雷電流幅值和結構物高度相關；下行先導可從不同的角度靠近結構物，但是一旦超出結構物的吸引半徑，先導將直接擊向地面。改進模型中的兩種屏蔽情況如圖所示。 圖1-2 輸電線路雷電繞擊分析Eriksson的改進電氣幾何模型同經典電氣幾何模型的區(qū)別之處在于：考慮了結構物高度對其引雷效果的影響，使分析更接近實際。但該方法也存在一些不完善之處，如：如何準確說明吸引距離同擊距這兩個概念的區(qū)別：其計算結果同線路的實際運行結果是否吻合；吸引距離

19、同結構物高度的關系是否相等，都有待于進一步檢驗。(4) Rizk關于輸電線路雷電繞擊的先導發(fā)展模型Rizk在實驗的基礎上，提出雷電繞擊的先導發(fā)展模型，模型認為：雷擊是由下行先導和上行先導相遇發(fā)生，引入吸引半徑和側面吸引距離兩個參數(shù)，兩個參數(shù)都是雷電流幅值和結構物高度的函數(shù)。下行先導和上行先導相遇過程可由圖1-3表示：圖l-3 上下行先導臨界相遇圖解Rizk的先導發(fā)展模型細致地考慮了上下行先導的相遇過程，并對其進行初步定量描述。但該模型必須得到線路運行結果的廣泛支持后才能得到確證，且沒有考慮當雷電下行先導已經下降到低于線路高度時發(fā)生的雷擊現(xiàn)象。因此，它不適用于高桿塔線路的繞擊性能估算。(5) D

20、ellera和Garbagnati關于雷電繞擊的先導發(fā)展模型Dellera和Garbagnati基于自然雷電過程和長空氣間隙放電過程的相似性，利用長間隙放電來模擬雷電，提出了繞擊的先導發(fā)展模型，引入了側面距離(簡稱LD)和屏蔽失效寬度(簡稱SFW)兩個基本參數(shù)，它們是雷電流幅值和結構物高度的函數(shù)。側面距離是指雷電先導能夠擊中地面結構物的最大水平側向距離；屏蔽失效寬度是指先導避開結構物的保護設備而擊向結構物的空間范圍寬度。Dellera和Garbagnati的繞擊分析模型，引入了側面距離和屏蔽失效寬度這兩個基本參數(shù)2，并且分段對線路和桿塔處的繞擊情況分別計算，使該模型具有較大的適應性。但該模型建

21、立在模擬試驗和計算機輔助分析的基礎上，其計算較為繁雜，限制了其在工程上的廣泛應用。1.4 ATP-EMTP程序美國幫納維爾電力局(BPA)編制的電磁暫態(tài)過程計算程序EMTP(Electro-Magnetic Transient Program)是當今世界上應用最廣泛的研究電力系統(tǒng)暫態(tài)過程的程序。基于貝杰龍法的電磁暫態(tài)過程計算程序EMTP是把求解分布參數(shù)線路波過程的特性線法和求解集中參數(shù)電路暫態(tài)過程的梯行法兩者結合起來,形成的一種數(shù)值計算方法。因此它首先需要把分布參數(shù)線路和集中參數(shù)儲能元件(L、C)等值成為集中參數(shù)的電阻性網絡,然后應用求解電阻網絡的通用方法,計算實際電路的波過程。當然由于EMT

22、P程序是利用Fortran語言匯編成的,語法要求很嚴格,并且須在DOS下運行,因此應用比較不方便。為了方便其運行將其語言替換完成的ATP-draw程序，即為我們此次課題將要應用到的程序。1.5 小結 本章主要介紹本次畢業(yè)設計的研究意義以及輸電線路繞擊耐雷性能計算的國內外研究現(xiàn)狀，并簡單介紹了ATP-EMTP程序的由來，為本次設計打開序幕。第二章 變電站的防雷與保護2.1 雷電參數(shù)經過長期的系統(tǒng)的雷電觀測，實測結果表明，雷電流是單極性的脈沖波。對于脈沖波形的雷電流，需要三個主要參數(shù)來表征。這三個參數(shù)為:幅值、波頭和波長。幅值是指脈沖電流所達到的最高值;波頭是指電流上升到幅值的時間;波長是指脈沖電

23、流的持續(xù)時間（一般取1/2幅值對應的時間）。幅值和波頭決定了雷電流隨時間上升變化率，稱為雷電流陡度，它對雷電過電壓有直接影響，是常用的一個重要參數(shù)。雷電流幅值隨各國的自然條件不同而差別很大，但是各國測得的雷電流波形卻基本一致。實測表明，雷電流的波頭長度f大多在ls4s的范圍內，平均在2.6s；雷電流的波長長度c大多在20100s。在線路防雷計算中，雷電流的波形可以采用2.6/50s，則雷電流波前的平均陡度為 (2-1)式中，是雷電流陡度，一般認為取50kA/s左右是最大限值。2.2 雷電過電壓架空輸電線路中常見的雷電過電壓有2種:一是感應雷電過電壓,另一種是直擊雷過電壓。送電線路由于其絕緣水平

24、較高，感應雷電過電壓危害一般較小,重點是直擊雷的防護。直擊雷按擊中線路設備的部位又分為3種:雷擊于桿塔頂部，即常說的反擊雷；繞過避雷線擊于導線，即繞擊雷；雷擊于避雷線檔距中央。雷擊避雷線的檔距中間且與導線發(fā)生閃絡引起跳閘的情況是及其罕見的，因此， 直擊雷防護主要是反擊過電壓和繞擊過電壓的防護。2.3 雷電侵襲形式(1) 直擊雷雷電直接擊在建筑物或設備上而產生的電效應、熱效應和機械效應。(2) 感應雷雷云放電時，在附近導體上產生的靜電感應和電磁感應，它可能使金屬部件之間產生火花。感應雷可以來自對地雷擊，也可以來自云間放電。其中對地雷擊由于距雷擊點較近，產生的感應浪涌電壓較大作用半徑也大，作用范圍

25、內的電子設備均是破壞對象。(3) 雷電波侵入由于閃電脈沖放電峰值電流大、電場強，電流隨時間變化率大，且放電過程所形成的頻譜范圍寬，對架空線路及金屬管道都會產生強大的感應過電流和感應過電壓，一旦感應過電壓、過電流沿著管線侵入屋內，就會危及人身安全或損壞設備。由上文分析可知：變電所遭受的雷擊主要來自兩個方面：一是雷直擊在變電所的電氣設備上；二是架空線路的感應雷過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。因此，直擊雷和雷電波對變電所進線及變壓器的破壞的防護十分重要。2.4 變電站主要設備(1) 主變壓器，作用是改變電壓，將各級電壓連接起來。(2) 高壓并聯(lián)電抗器,作用一是限制系統(tǒng)的過電壓；二是

26、實現(xiàn)整個系統(tǒng)的無功補償。(3) 斷路器(CB)，作用是既可以分合正常工作電流，也可以切斷較大的事故短路電流。(4) 隔離開關(DS)，作用是只能不帶電流分合，檢修時起到隔離作用。(5) 電流互感器(CT)，作用是通過變流求得較小二次電流，用于二次系統(tǒng)采樣。(6) 電壓互感器(CVT)，作用是通過變壓取得較小二次電壓，用于二次系統(tǒng)采樣。(7) 避雷器，目前采用比較多的是“金屬氧化物避雷器”，作用是在系統(tǒng)出現(xiàn)過電壓時，起到限制過電壓的作用，達到保護其它設備的目的。2.5 變電站防雷措施和主要防雷裝置 變電站的防雷接地，從措施上講可以概括為兩大方面，一是防止雷電波的進入，二是利用保護裝置講雷電波引入

27、接地網。為了實現(xiàn)以上兩大方面的目的，目前主要在使用中的有以下幾類裝置。 2.5.1 避雷針和避雷線 這兩種裝置都是通過攔截措施，改變雷電波的入地路徑，從而起到防雷保護的作用。小變電所多采用獨立避雷針，大變電所多在變電站構架上采用避雷針或避雷線。也或者可以兩者相結合。 2.5.2 避雷器 避雷器的主要作用是將入侵變電所的雷電波降低要變電所絕緣強度容許范圍之內，目前主要采用的是金屬氧化鋅避雷器（MOA）。有時還會裝設空氣間隙，作為MOA失效的后備保護措施。 2.5.3 接地裝置 獨立避雷針要求裝設獨立的接地裝置，建筑物避雷網的接地引下線應與建筑物的通長主筋（不少與兩根）及環(huán)狀基礎鋼筋焊接，并與室外

28、的人工接地體相連接。為保證防雷的可靠性，引下線應不少于兩根，在高土壤電阻地區(qū)，還應設置多根引下線。引下線要求機械連接牢固，電氣接觸良好。變電站的防雷接地電阻值要求不大與0.5（一說不大與1）。獨立避雷針接地電阻值要求不大于10。 2.5.4 其他裝置 當雷電波被引入接地網時，在通過路徑周圍會產生電磁場并在二次設備上形成暫態(tài)電壓，為護二次設備，也會加裝過壓保護器（浪涌保護）或者是防雷端子。2.6 小結 本章主要介紹雷電參數(shù)、雷電過電壓和其侵襲形式、變電站設備以及其防雷保護措施等內容，為后期模型的建立及計算打好基礎。第三章 仿真計算原理3.1 EGM的基本介紹EGM是指將雷電的放電特性與線路的幾何

29、結構尺寸聯(lián)系起來建立的一種分析線路繞擊跳閘率的模型3。在EGM中,關鍵概念是擊距，線路和地面有各自相應的擊距，雷電先導先到達哪一物體的擊距范圍內,即向該物體放電。因此可根據(jù)幾何作圖法作出各物體可能受雷擊的范圍,對于導線是以其軸線為圓心，擊距為半徑的圓弧；對于地面是一條高度為擊距,平行于地面的直線。擊距大小與先導頭部電位有關,而后者又和主放電電流有關,因此認為擊距是雷電流幅值的函數(shù)。除此之外,在電壓等級較高時,還需考慮擊距系數(shù)K(即先導對大地的擊距與先導對導線的擊距之比)對線路繞擊耐雷性能的影響。下圖為電氣幾何模型法的示意圖,對應于某一數(shù)值的雷電流I,其相應的擊距為rs,此時C2為暴露在屏蔽范圍

30、外的弧線。當擊距rs隨雷電流的降低而減小時,暴露弧線C2將增大,繞擊率也因此而增加,但與之相應的雷電流幅值低于線路的耐雷水平I2時,即使雷電流擊在導線上,閃絡也不會發(fā)生。與I2相應的擊距稱為臨界擊距rsc。當擊距rs隨雷電流的升高而增大時,暴露弧線C2逐漸減少至0,此時的擊距稱為最大擊距rsmax,與此相對應的電流稱為最大繞擊電流Im。只有當擊距在rsc,rsmax范圍內變化時,雷電才能繞擊導線并造成閃絡。 圖3-1 EGM示意圖 3.2 繞擊雷雷電先導的前端部分實際上是一個充滿了游離電子的團區(qū),離子團直徑的大小隨雷電流大小而不同。離子團隨雷電發(fā)展將近地面時，先與之接觸的物體先遭到雷擊。下圖中

31、L1的雷電流大于L2的雷電流，因此其游離離子團直徑大于L2游離離子團，下行過程中更易接觸到避雷線，L2的離子團可能繞過避雷線先接觸到導線，形成繞擊。圖2-1 線路繞擊示意圖3.3 繞擊跳閘率線路的一次雷擊事件的繞擊率由擊距分布概率和條件概率決定。由雷電流分布概率推導出擊距分布概率。條件概率與桿塔幾何參數(shù)及入射角的幾何參數(shù)有關，由先導頭處于相導線閃絡的空間位置決定。線路繞擊跳閘率由繞擊率乘以線距的落雷次數(shù)而定。3.4 變電站中變壓器到避雷器的安全距離 當雷電波浸入變電站時，若設備上受到最大沖擊電壓值小于設備本身的多次截波耐壓值，則設備不會發(fā)生事故，反之，則可能造成雷害事故。因此，為了保證設備安全

32、運行，必須滿足以下兩個條件： (3-1) (3-2) 式中：為設備上所受沖擊電壓的最大值；為設備多次截波耐壓值；為避雷器上5kV下的殘壓；為雷電波的陡度；為設備與避雷器間的距離；為雷電波傳播速度。同時變電站中變壓器到避雷器的最大允許電氣距離： (3-3)3.5 小結 本章主要介紹了EGM電氣幾何模型、繞擊雷、繞擊跳閘率、變電站中變壓器到避雷器的安全距離，通過對這些概念的了解，逐步建立此次研究課題的知識架構。第四章 雷電波繞擊侵入500kV變電站的仿真計算在電壓等級較高的線路中，繞擊跳閘是造成線路跳閘的主要原因之一。因此，準確評價線路的繞擊耐雷性能在電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行中顯得尤為重要。4.1 電

33、氣主接線圖 截止目前，500kV電網已成為我國電網的主網架，在超高壓輸變電系統(tǒng)中，以空氣絕緣變電站(Air Insulated Substation,簡稱AIS)與全封閉的氣體絕緣組合電器(Gas Insulted Switehgear,簡稱GIS)是應用最為廣泛的兩種高壓設備。其中GIS系統(tǒng)以其維護工作量小、可靠性高、占地面積小等諸多優(yōu)點，在電力系統(tǒng)中得到廣泛應用。 作為變電站主要組成部分，GIS是指六氟化硫封閉式組合電器，國際上稱為“氣體絕緣金屬封閉開關設備”（Gas Insulated Switchgear)簡稱GIS，它將一座變電站中除變壓器以外的一切設備，包括斷路器、隔離開關、接地開

34、關、電壓互感器、電流互感器、避雷器、母線、電纜終端、進出線套管等，經優(yōu)化設計有機地組合成一個整體。GIS全稱氣體絕緣組合電器設備（Gas Insulated Switchgear），主要把母線、斷路器、CT、PT、隔離開關、避雷器都組合在一起。就是我們經常可以看到的開關站，也叫高壓配電裝置。表4-1 500kV變電站一線一變電氣接線圖中的具體器件的入口電容如下圖所示：設備名稱斷路器電流互感器隔離刀閘套管電容式電壓互感器符號 CB CT DSBGCVT電容值(pF)3001008020050000表4-2 站內電氣設備內絕緣配置水平設備位置TCTCBDSBGCVT 額定雷電過電壓允許值 1550

35、 1550 1500155016751675絕緣裕度允許過電壓水平134813481348134814571457圖4-1 500kV變電站GIS設備主接線圖為了便于變電站和進線段線路的仿真建模，以完成后期計算，需要清楚GIS設備各器件的實際連接距離，如下表所示：表4-3 站內各設備之間的距離起始位置M11BG14DS132CT132CB13CT131DS131LL11DS122終止位置BG14DS132CT132CB13CT131DS131LL11DS122CT122距離12.29.10.92.42.41.72.20.60.9起始位置CB12CT121DS121LL10DS112CT112C

36、B11CT111DS111終止位置CT121DS121LL10DS112CT112CB11CT111DS111BG11距離2.40.90.62.21.72.42.41.78.5起始位置LL11BG13TL10TL11TL12TL13TL14TL14CVTT1終止位置BG13TL10TL11TL12TL13TL14T1CVTT1LAT1距離8.515.516.96.74619.124.6164起始位置LL10BG12TY10TY11TY12LAY1終止位置BG12TY10TY11TY12LAY1CVTY1距離8.515.518.615.94184.2 雷電參數(shù)的模擬(1) 雷電流幅值 根據(jù)電力系

37、統(tǒng)行業(yè)標準交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣保護(DL/T620-1997),176kA的概率為1%；200kA的概率為0.53%；216kA的概率為0.35%；250kA的概率為0.14%。對于繞擊計算，可根據(jù)第三章中提到的電氣幾何模型求出最大的繞擊電流。當雷電流幅值大于，雷或擊于避雷線，或擊于地面而不會擊中導線，即不會發(fā)生繞擊。當雷電流幅值小于時，雷可能會繞過避雷線而直接擊于導線。本次論文主要研究當電流等于時雷擊的情況，因此本次論文模擬的是繞擊計算電流幅值等于。(2) 雷電流的波形雷電流的波形取2.6/50us三角波。(3) 雷擊點位置選擇由于實際中雷擊點位置是隨機變化的，我們本次論文考慮的是

38、雷擊點位于桿塔處得導線上，因為位于桿塔處的導線和避雷線最高，保護角最大。4.3 進線段的仿真(1) 導線和地線表4-4 導線和地線導線型號 地線1地線24×LGJ400/35LBGJ150OPGW140表中，4×LGJ-400/35表示4分裂400mm2鋁截面積和35鋼截面積的鋁鋼絞線；LBGJ表示截面積150 mm2的鋁包鋼絞線。(2) 桿塔本次論文采用的桿塔是直線塔， 進線段的土壤電阻率取100·m,每級桿塔沖擊接地電阻取7，海拔高度為1300米左右，海拔修正系數(shù)為1.175圖4-2 進線段桿塔結構圖4.3 計算結果 改變繞擊位置，通過仿真程序計算得出各電氣設

39、備上的最大過電壓如下表所示：表4-5 改變繞擊位置各電氣設備上的最大過電壓繞擊位置電氣設備上最大過電壓（kV）MOA電流（kA）TCVTDSCBCTBGES TL 1、2、320kA1226127013161225122513161111221255130413291256125613251212241273133113391272127213361212261289135813401288128813431313281293137813421294129513401313291309140113491308130713491414由上表可知，并對應表4-2可以看出，當雷電流幅值不超過28kA

40、，其站內各設備的最大過電壓均不超過其允許過電壓水平；當雷電流幅值達到29kA時，隔離開關DS的最大過電壓大于其給定出廠內絕緣配置水平。作如下圖所示：U/kVI/kA20 22 24 26 28 2913161348圖4-3 隔離開關最大過電壓與雷電流幅值的關系4.4 小結本章節(jié)主要列出了本次畢業(yè)設計的電氣主接線圖以及線路的模擬仿真情況, 并對已知各設備距離的電氣主接線圖進行了仿真計算。 第五章 總結與展望5.1 總結本次畢業(yè)設計，通過仿真軟件建立變電站按一線一變方式運行的情況下的變電站模型和進線端線路模型，并應用ATP-draw計算了當雷擊于500kV變電站近區(qū)輸電線路導線上時，變電站內高壓電器設備上的過電壓水平。5.2 展望電力系統(tǒng)方面的過電壓保護一直受非常