摘要：针对双回配电线路直击雷，对线路直击雷过电压耐雷水平及闪络特性进行研究，定量分析在雷击杆塔和雷击导线时接地电阻和绝缘水平对线路耐雷水平及闪络范围的影响，得到了3km的双回路配电线路的耐雷水平及闪络范围。改善接地对线路闪络范围有非常好的限制作用。当接地电阻只有5Ω时，线路无论是单回线路还是双回线路，雷电流达到100kA闪络范围都在30%以内；接地电阻大于100Ω时，接地电阻增大时线路闪络范围变化在2杆左右；小于50Ω时，每升高10Ω，30kA以上雷电流闪络范围扩大3～5杆。此外，计算了常规线路118～296kV等7种绝缘水平不同的绝缘子安装下的耐雷水平和闪络范围。具体地，绝缘水平每提升30kV，线路耐雷水平约提高0.2kA，而提高绝缘水平对线路闪络特性的影响较小。
关键词：高压补偿电容；配电变压器；雷电过电压
1 引言
2017年我国全社会用电量达6.3万亿千瓦·时，发电装机容量达到17.8亿千瓦，变电设备容量达到66亿千伏安。配电变压器作为将电能由高电压转换为低电压从而直接向用户供电的电力设备，其运行数量达千万台，在配电系统中的地位举足轻重，也是配电网中最重要的电气设备之一，其运行的安全可靠性直接关系到供电系统的安全与稳定。
配电变压器通过架空线路或电力电缆与系统电源相连接，一旦线路上出现雷电过电压，雷电波就会沿线路入侵配电变压器，在其内部产生很高的过电压，严重时会导致内绝缘击穿。虽有雷电防护措施对配电变压器进行保护，但保护不尽完善，雷害事故仍时有发生。因此，需对配电变压器雷电防护措施开展进一步研究。随着10kV电容器制造质量和运行可靠性的不断提高，本文中笔者通过在配电变压器高压侧加装并联电容补偿装置，研究其对配电变压器雷电过电压的影响，具有一定的前瞻性和实际应用价值。
2 雷电过电压的分类
特高压输电线路雷电过电压分类主要可以分成来两大类，分别为：直击雷过电压、感应雷过电压。直击雷过电压根据雷击对象不同，还可以分成反击、绕击两种形式，前者的雷击对象为特高压输电线路的杆塔或者避雷线，后者的雷击对象为特高压输电线路的导线。反击直击雷过电压在实际应用中被击点会形成高电位引发绝缘子闪络形成的过电压形式，绕击直击雷过电压在实际应用会在输电线路上产生过电压形式。感应雷过电压根据放电阶段不同，可以分为：先导放电阶段以及主放电阶段，先导放电阶段中产生空间电场，导致最靠近通道的导线感应给出异种正束缚电荷，此外，感应雷过电压还包含两个方面：电磁感应分量、静电感应分量，其中静电感应对感应雷过电压的贡献值最大。相比较而言，感应雷的波形较为平缓，不会造成相间过电压。
3 雷电过电压仿真
在实际应用的过程中，不仅会利用到ATM-EMTP这一电磁暂态仿真软件，还会利用到小波变换分析识别能力。一般情况下，小波变换分析技术可以分为三种，分别为：连续小波变化、离散小波变换、二进小波变换。由上可知，直击雷过电压可以分为反击和绕击两种类型，针对三相电压进行变化，最终形成零模电压波形图。以负极性雷击为例，不同雷电的流幅值，在造成负极性雷击后，变化趋势也较为相似，根据数据显示，在特高压输电线路雷击以后，导线上的过电压升高，产生了接地故障[2]。且特高压输电线路遭受的雷电流较大，因此故障暂缓后，继续上升，最终导致避雷器并且放电。需要注意的是，在实际应用的过程中，反击过电压和绕击过电压之间的零模分量较为相似，在实际应用中，采用小波分析技术可以得到最好的处理。在使用小波分析技术的过程中，参数选取工作极为重要，主要从以下两个方面进行分析，分别为：小波基函数以及小波尺度。常见的小波主要包括：db4小波、sym4小波、频率B样小波、Meyer小波、Morlet小波和Gaussian小波等，在特高压输电线路遭受雷击后，不仅信号发生畸变，还会出现大量的高频分量，具有着频带宽、频率高和奇异性阶数高等方面的特点，在上述几种小波中，db4小波是最为合适的分析模型。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆分解尺度的确定也相对简单，根据型号的实际需求，确定小波滤波器的频率分辨率，最终得到采样率为10kHz时小波分解尺度－频带分布情况，明确了具体的分解尺度。在确定了变换参数后，基于小波变化模极大值理论，就可以检测到对应突变点的大小，从而提取特征，完成特高压输电线路雷电过电压识别。
4 雷过电压耐雷水平
4.1 两种雷击形式线路耐雷水平及闪络特性
我国常规10kV配电线路大多没有架设避雷线。在没有架设避雷线的情况下，配电线路导线与杆塔易遭受雷电直击。本文计算时分别考虑雷击杆塔与雷击导线两种工况。雷击导线时，雷击相为1A相。计算过程中发现，双回线路在双垂直排列情况下在一回一相发生闪络后，当雷电流增大时，第二回的某一相先于第一回的非雷击相闪络。双回线路两回供电用户可能不同，计算双回第二回耐雷水平有利于估计雷害影响范围。雷击导线时，双回耐雷水平较雷击杆塔时略高。雷击相导线在吸引直击雷击后，它的作用相当于一条屏蔽避雷线，保护了其他相，而雷击杆塔时没有这一效果。当杆塔接地电阻较大，杆塔电位升高将使其他未发生闪络相的绝缘子发生闪络。
4.2 接地电阻对线路耐雷水平及闪络范围的影响
雷击1.5km单回线路中央导线时，接地电阻对线路耐雷水平和闪络范围的影响。考虑了土壤电阻率100～1000Ω·m的情况，绝缘子50%放电电压240kV，杆塔接地电阻不同情况下的耐雷水平和闪络范围。计算的接地电阻为5Ω、10Ω、20Ω、30Ω、40Ω、50Ω、100Ω、150Ω和200Ω。图2表明，线路不发生闪络时，线路耐雷水平与线路杆塔接地电阻大小无关。当改善杆塔接地时，线路闪络范围明显减小；当接地电阻为5Ω时，雷电流100kA内线路闪络范围仅雷击点附近6杆。雷电流越大时，雷击点附近杆塔泄流越大，闪络范围越易控制。当雷电流较大时，改善接地对缩小线路闪络范围的效果非常明显。
4.3 转移支路子模块闭锁时间的影响
转移支路子模块未闭锁之前，直流断路器始终处于低阻状态，端口电压近似为零，故障电流仍会持续增加，所以直流断路器对系统过电压的影响主要体现在转移支路子模块闭锁之后。仿真设置系统在3s时刻发生接地故障，故障发生后，线路两端直流断路器在3.003s接收到控制保护装置发出的分闸指令，断路器闭锁主支路子模块，故障电流换流至转移支路，当取γ为1.6，转移支路子模块闭锁时间为1、2、3ms时，随着转移支路子模块闭锁时间的增加，换流站内大部分设备上产生的过电压有所减小。如果转移支路子模块闭锁时间过快，还会增加系统故障误判概率，如果转移支路子模块闭锁时间较慢，由于柔性直流系统短路故障电流上升率很快(高达数kA/ms)，过电流可能损坏关键设备。因此，转移支路子模块闭锁时间可考虑为2ms。
6 结束语
本文中笔者建立了一种既考虑电磁感应作用又考虑静电感应作用的宽频配电变压器雷击模型，能够在ATP-EMTP软件中仿真分析配电变压器过电压雷击特性。本文中加入避雷器作为参考量，重点对模型中配电变压器高压侧加装补偿电容对雷电过电压的影响进行分析。仿真结果表明，配电变压器高压侧加补偿电容能一定程度地降低雷电过电压幅值和陡度，电容器的容量越大效果越明显，同时加装避雷器与补偿电容器对过电压的抑制效果最佳。
参考文献：
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论文作者:陈涛
论文发表刊物:《当代电力文化》2019年第16期
论文发表时间:2019/12/16
标签：过电压论文; 雷电论文; 线路论文; 杆塔论文; 小波论文; 变压器论文; 导线论文; 《当代电力文化》2019年第16期论文;