第１３卷第２期２０１３年１月 科学技术与工程 Ｖｏ１．１３ Ｎｏ．２ Ｊａｎ．２０１３ １６７１—１８１５（２０１３）０２—０４８７—０４ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ＠２０１３ Ｓｃｉ．Ｔｅｃｈ．Ｅｎｇｒｇ． 变电站断路器雷电侵入波过电压 防护措施仿真分析 文 斌 马 仪 李宝树。 雷园园 张恭源 （华北电力大学云南电网公司研究生工作站 ，昆明６５０２１７；云南电网公司电力研究院 ，昆明５５００００； 华北电力大学电气与电子工程学院。，保定０７１００３） 摘要在中国，电网架构复杂，高压输电线路跨度大，线路遭受雷击不可避免。而雷击引起的雷电过电压是电力系统的突 出问题，因此研究有效保护电力系统免受雷击损坏的保护措施极其重要。对断路器线路侧安装对地间隙和氧化锌避雷器两 种保护措施的有效性进行了ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真分析，得出其有效的保护范围，具有一定的工程指导作用。同时验证了安装 氧化锌避雷器较安装对地间隙对断路器的防雷保护更有效。 关键词 避雷器 间隙ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ 中图法分类号ＴＭ８６２； 文献标志码Ａ 中国幅员辽阔，在电力系统中，高压架空输电 线路纵横交错，广泛分布在广阔的地面上，容易遭 受雷击，以致破坏电气设备引起停电事故，给国民 波（２．６／５０ ｔｘｓ），雷电流仿真模型如图１。 雷电 经济和人民生活带来严重损失。雷电过电压是电 力系统的突出问题，因此研究雷电过电压的有效防 护措施是确保电力系统安全可靠运行的重要任 务…。断路器线路侧安装对地间隙和氧化锌避雷 器可以有效保护断路器免遭雷击破坏 ’ 。 ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ是目前电力系统仿真领域公认的权 威软件 Ｊ。本文主要利用此平台搭建雷电侵入波 图１雷电流仿真模型 １．２线路模型 ２２０ ｋＶ出线线路按照某变电站双回线路实际 模型和参数搭建，采用同塔双回形式，导线采用２× ＬＧＪ—３００／４０钢芯铝绞线，避雷线采用ＬＧＪ＿－９５／ 过电压防护措施仿真模型分析目前应用较为广泛 的两种防护措施的有效性。通过对断路器线路侧 安装对地间隙和氧化锌避雷器两种保护措施的有 效性进行了ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ仿真分析，得出其有效 的保护范围，具有一定的工程指导作用。 ５５、ＬＧＪ ０／４０、ＧＪ ０地线。线路采用考虑波阻 抗和波传播速度的贝杰龙线路模型 ，波阻抗为 ３２５．１１８ Ｑ，波速为２．９２×１０ ｍ／ｓ。 １．３保护间隙模型 １仿真模型 １．１雷电流模型 保护间隙采用断路器串联弧道电阻等效，断路 器由一个电压比较电路控制，即达到间隙击穿电压 后断路器闭合。本文电弧电阻取值１００ ｎ，保护间 隙仿真模型如图２。 １．４避雷器模型 本次仿真采用了双指数函数模型，取标准雷电 ２０１２年８月３１日收到 第一作者简介：文斌，男。Ｅ—ｍａｉｌ：ｗｅｎｂｉｎ－ｇｚ＠１６３．ｃｏｎｒ。 本文中采用氧化锌避雷器，型号为Ｙ１Ｏｗ一 ２００／５２０，采用ＩＥＥＥ避雷器等效电路模型 Ｊ，如 ２期 文斌，等：变电站断路器雷电侵人波过电压防护措施仿真分析 ４８９ 当保护问隙的击穿电压为９５０ ｋＶ，保护距离为 １００ ｍ时，断路器雷电侵人波过电压峰值达到 １ ２３７ ｋＶ，仍大于断路器的雷电冲击绝缘水平１ ０５０ ｋＶ。故对保护间隙的击穿电压和保护距离进行调 整，得到表２所示结果。 表２保护间隙仿真计算结果 在同一距离下，降低问隙击穿电压对雷电冲击 电压峰值的影响较小。取间隙击穿电压９００ ｋＶ，当 间隙距离断路器降为２０ ｍ时，断路器线路侧电压峰 值降低到断路器绝缘水平１ ０５０ ｋＶ以下，满足保护 要求。对地间隙对断路器过电压保护有一定效果， 但间隙对雷电冲击的有效保护范围较小。 ２．２ 断路器线路侧安装氧化锌避雷器保护 仿真采用型号为Ｙｌ０ｗ—２００／５２０的氧化锌避 雷器。避雷器额定电压２００ ｋＶ，持续运行电压１５６ ｋＶ，标称电流下残压５２０ ｋＶ。伏安特性曲线如图７。 ７Ｏ０ ６００ ３。。 ’ 图７氧化锌电阻片伏安特性曲线 采用氧化锌避雷器对断路器雷电侵入波过电 压进行保护，其安装位置大多为变电站站内、出线 第一基杆塔或变电站门型架。为了评估避雷器对 雷电侵入波的限压效果，采用母线型避雷器进行计 算，假设避雷器距离断路器１００ ｍ时，仿真计算得到 断路器线路侧电压峰值为１ １２０．５ ｋＶ，未能达到保 护断路器的要求。改变避雷器与断路器的距离，当 距离缩短到５０ ｍ时，断路器线路侧电压波形如 图８。 图８ 断路器线路侧对地电压波形 断路器雷电侵入波过电压峰值为１ ０２３．７ ｋＶ， 低于断路器的雷电冲击绝缘水平１ ０５０ ｋＶ，满足保 护要求。 ３结论 本文中仿真分析对雷击点的选择、雷电流的幅 值及变电站的运行均采用最严酷的情况。通过计 算分析，发现在断路器线路侧安装对地问隙对断路 器的防雷保护有一定的效果，但其有效保护范围较 小。而断路器线路侧安装氧化锌避雷器的限压效 果较安装对地问隙更为理想，且其有效保护范围较 大。同时考虑到问隙放电分散性大，并且产生的截 波过电压会对变电站内设备造成危害。因此，安装 氧化锌避雷器是一种更安全有效的防雷措施。 参考文献 １ 张一尘．高电压技术．北京：中国电力出版社，２００７ ２秦家远．雷击下金属氧化物避雷器ＡＴＰ仿真模型分析．电瓷避 雷器，２００７；（６）：４１－－－４４ ３彭鹏，粟时平，颜勤．变电站雷电侵入波保护的仿真分析． 电力科学与技术学报，２００９；２４（３）：４９—５３ ４朱桂萍，陈建业．电力电子电路的计算机仿真．北京：清华大学 出版社，２００８ ５庄秋月．１ ０００ ｋＶ变电站雷电侵入波的分析研究．北京：北京交 通大学，２０１０ ６ １ＥＥＥ ｗｏｒｋｉｎｇ ｇｒｏｕｐ ３．４．１ １．Ｍｏｄｅｌｉｎｇ ｏｆ ｍｅｔａｌ ｏｘｉｄｅ ｓｕｒｇｅ ａｒｒｅｓｔ— ｅｒｓ．ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｐｏｗｅｒ Ｄｅｌｉｖｅｒｙ，１９９２：７（１）：３０２－－３０９ ４９０ 科学技术与工程 １３卷 Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ａｎａｌｙｓｉｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｏｖｅｒ・ｖｏｌｔａｇｅ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｍｅａｓｕｒｅｓ ｔｈａｔ Ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ Ｓｕｂｓｔａｔｉｏｎ Ｂｒｅａｋｅｒ ｆｒｏｍ Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ Ｉｎｖａｓｉｏｎ Ｗａｖｅ ＷＥＮ Ｂｉｎ ，ＭＡ Ｙｉ ，ＬＩ Ｂａｏ．ｓｈｕ ，ＬＥＩ Ｙｕａｎ．ｙｕａｎ ，ＺＨＡＮＧ Ｇｏｎｇ．ｙｕａｎ。 （Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｉｒｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ＆Ｙｕｎｎａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｇｒｉｄ Ｃｏｍｐａｎｙ Ｐｏｓｔｇｒａｄｕａｔｅ Ｗｏｒｋｓｔａｔｉｏｎ ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２１７，Ｐ．Ｒ． Ｃｈｉｎａ；Ｙｕｎｎａｎ Ｐｏｗｅｒ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｌｎｓｔｉｔｕｔｅＹｕｎｎａｎ Ｐ０ｗｅｒ ，Ｇｒｉｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ ，Ｋｕｎｍｉｎｇ ６５０２１７，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ；Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ ａｎｄ Ｅ１ｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈ Ｃｈｉｎａ Ｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｗｅｒ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ，Ｂａｏｄｉｎｇ ０７１００３，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ［Ａｂｓｔｒａｃｔ］ Ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｇｒｉｄ ｒｆａｍｅｗｏｒｋ ｉｓ ｃｏｍｐｌｅｘ，ｈｉｇｈ—ｖｏｌｔａｇｅ ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ ｌｉｎｅｓ ｈａｖｅ ａ ｌａｒｇｅ ｓｐａｎ，ｌｉｎｅｓ ｂｅｉｎｇ ｓｔｒｕｃｋ ｂｙ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｉｓ ｕｎａｖｏｉｄａｂｌｅ．Ｔｈｅ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｏｖｅｒｖｏｌｔａｇｅ ｉｓ ｔｈｅ ｐｒｏｍｉｎｅｎｔ ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ．，ＳＯ，ｒｅ． ｓｅａｒｃｈ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｓ ｔｈａｔ ｐｒｏｔｅｃｔ ｔｈｅ ｐｏｗｅｒ ｓｙｓｔｅｍ ｆｒｏｍ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇ ｄａｍａｇｅ ｉｓ ｅｘｔｒｅｍｅｌｙ ｉｍｐｏｒｔａｎｔＴｈｒｏｕｇｈ ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ，ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓ ｏｆ ｔｈｅ ｇａｐ ａｎｄ ｔｈｅ ＺｎＯ ａｎ＇ｅｓｔｅｒ ｔｈａｔ ｉｎｓｔａｌｌｅｄ ｏｎ ｔｈｅ Ｂｒｅａｋｅｒ ｌｉｎｅ ｓｉｄｅ ｉｓ ａｎａｌｙｓｅｄ，ｄｒａｗｎ ｉｔｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｏｐｅ．Ｉｔ ｈａｓ ａ ｃｅｒｔａｉｎ ｇｕｉｄａｎｃｅ ｔｏ ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＡｎｄ．ｖｅｒｉｆｉｅｄ ｔｈａｔ ｉｎｓｔａｌ— ．ｌａｔｉｏｎ ｏｆ ａｔｔｅｓｔｅｒ ｉｓ ｍｏｒｅ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｔｈａｎ ｉｎｓｔａｌｌｉｎｇ ｇａｐ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ ａｒｒｅｓｔｅｒ （上接第４５９页） ｇａｐ ＰＳＣＡＤ／ＥＭＴＤＣ 、 ｊ ， ≯ 、ｔ； ； 亡Ｊ； ｔ Ｔｈｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｒｅａｍｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ Ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ Ｗｅｌｌ ｉｎ Ｄｎ ８１３．Ｈ２０３ Ｗｅｌｌ ＧＡＯ Ｑｉｎｇ‘ｃｈｕｎ，ＤＩＮＧ Ｗｅｎ—ｚｈｅｎｇ，ＣＡＯ Ｓｈｅｎｇ，ＺＨＡＮＧ Ｓｈｉ—ｊｕｎ，ＰＥＮＧ Ｇａｎｇ （ＧＷＤＣ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣＮＰＣ，Ｐｍ￣ｉｎ １２４０１０，Ｐ．Ｒ．Ｃｈｉｎａ） ｌ Ａｂｓｔｒａｃｔ Ｊ Ｄｕ ８ １ ３－Ｈ２０３ ｗｅｌｌ ｉｓ ａ ｓｈａｌｌｏｗ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ ｉｎ ｓｕｐｅｒ ｈｅａｖｙ ０ｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｂｅｅａｕｓｅ ｔｈｅ ｈｏｒｉｚ０ｎｔａ１ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｌｏｎｇ，ｔｈｅ ｌｉｔｈｏｌｏｇｙ ｉｓ ｌｏｏｓｅ ａｎｄ ｔｈｅ ｂｏｒｅｈｏｌｅ ｉｓ ｅａｓｉｌｙ ｔｏ ｃｏｌｌａｐｓｅｔｏｇｅｔｈｅｒ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｓｔｅｐ．ｓｈａｐｅ ｏｆ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ，ａｎｄ ｔｈｅ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｏｆ ｃｕｔｔｉｎｇｓ，ｔｈｅ ｓｔｉｃｋｉｎｇ ｒｉｓｋ ｉｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｉｎ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓＴｏ ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｓｔｉｃｋｉｎｇ ．ｐｒｏｂｌｅｍ ｄｕｒｉｎｇ ｌｏｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｃａｓｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｒｅａｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｏｆ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉ（ ０ｆ ，ｓｕｐｅｒ ｈｅａｖｙ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｉｓ ａｄｏｐｔｅｄ，ｔｈｅ ｃｕｔｔｉｎｇｓ ｂｅｄ ｉｓ ｒｅｍｏｖｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｗｅｌｌｂｏｒｅ ｉｓ ｅｎｌａｒｇｅｄ ａｎｄ ｒｅｖｉｓｅｄＴｈｅ ｔｅｓｔ ．ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｆｒｉｃｔｉｏｎａｌ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｉｎ ｔｈｉｓ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｅｃｔｉｏｎ ｉｓ ｔｗｏ ｔｉｍｅｓ ｈｉｇｈｅｒ ｔｈａｎ ｔｈｅ ｎｏｒｍａｌ ｏｎｅａｎｄ ｉｔ ｉｓ ．ｓｅｒｉｏｕｓｌｙ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅ ｔｈｅ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ，ｂｕｔ ｔｈｅ ｌｏｇｇｉｎｇ ａｎｄ ｃａｓｉｎｇ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ ｉｓ ｓａｆｅ ａｎｄ ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌ ａｆｔｅｒ ｒｅａ— ｕｉｒｎｇ．Ｉｔ ｉｓ ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ Ｓｏｌｖｅ ｔｈｅ ｃｏｍｐｌｅｘ ｓｉｔｕａｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔ ｏｐｅｒａｔｉｏｎｓ．ｔｈｅ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｉｓ ｅｎｈａｎｃｅｄ ａｎｄ ｔｈｅ ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ｌｉｆｅ ｏｆ ｏｉｌ ｗｅｌｌ ｉＳ ｅｘｔｅｎｄｅｄ． ［Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ］ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｗｅｌｌ ｒｅａｍｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｃｅｍｅｎｔｉｎｇ ｑｕａｌｉｔｙ ｓｕｐｅｒ ｈｅａｖｙ ｏｉｌ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ