电力系统雷电过电压emtp仿真计算

电力系统线路雷电过电压EMTP仿真计算主讲人：马欢指导老师：郭洁教授750kV线路防雷计算仿真实例分析雷电防护仿真模型的建立电力系统主要的防雷措施输电线路耐雷水平及影响因素电力系统防雷概况简介电力系统防雷概况简介雷暴日：一天内只要听到雷声就算一个雷暴日；雷暴小时：一小时内只要听到雷声就算一个雷暴小时；少雷区：年平均雷暴日不超过15天的地区；中雷区：年平均雷暴日大于15且不超过40的地区；多雷区：年平均雷暴日大于40的地区且不超过90天的地区；雷电活动特殊强烈区：年平均雷暴日数超过90或根据运行经验雷害特殊严重的地区。名词介绍电力系统防雷概况简介地面落雷密度：每一个雷暴日、每平方公里对地面落雷次数；地闪密度：每年、每平方公里对地面落雷次数；耐雷水平：雷击线路或设备时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大电流幅值；雷击跳闸率：每年（一般取40个雷暴日）、每百公里由于雷击引起的断路器跳闸次数（重合成功也算一次）。名词介绍电力系统防雷概况简介雷电侵入方式电力系统防雷概况简介雷电侵入方式雷击塔顶（反击）

雷击输电杆塔塔顶，雷电流从杆塔泄放，由于杆塔自身阻抗和杆塔接地电阻的存在造成塔顶电位瞬时升高反击导线。线路的反击耐雷水平与杆塔结构、布线方式、接地电阻、线路绝缘水平等因素有关，线路的反击耐雷水平通常较后两者高。

雷击导线

当雷直接击中导线时，可能会引起线路绝缘闪络或雷电流直接侵入变电站威胁电站设备绝缘；线路绕击雷耐雷水平与线路杆塔结构、布线方式、线路绝缘水平等因素有关。线路的直击雷耐雷水平在三者中最低。

电力系统防雷概况简介雷电侵入方式雷电感应

雷击附近地面或附近其他物体时，由于静电感应作用会在导线上产生一个感应过电压，感应过电压与雷击点位置、雷电流大小、导线布线结构等因素有关。感应雷较雷击塔顶或雷直击导线时波头波尾更缓，感应过电压最大幅值约为500kV。对配电网绝缘威胁很大，感应过电压已成为威胁配电线路安全的最主要的雷电入侵方式。

电力系统防雷概况简介雷电的危害对设备的危害

雷电侵入到变电站内会造成变电站内绝缘设备损坏，尤其是一些弱绝缘设备如电机、变压器等。电站设备绝缘为不可恢复绝缘，雷电侵入波会造成设备永久性损坏，导致长时间停电，对一些大负荷用户造成重大经济损失。

雷击线路造成线路绝缘闪络，闪络电弧会导致绝缘子烧损、绝缘导线断线或发展成多相短路或闪络造成事故扩大。电力系统防雷概况简介雷电的危害对人员的危害

接触电压：当雷击塔顶时，杆塔沿线会出现不同的瞬时电位，会威胁附近的工作人员或设备的安全。跨步电压：当雷击中配电设备时，会通过设备向大地泄放雷电流，在土壤中产生的强电流场会使站内行走的工作人员两脚间就产生跨步电压威胁人身安全。750kV线路防雷计算仿真实例分析雷电防护仿真模型的建立电力系统主要的防雷措施输电线路耐雷水平及影响因素电力系统防雷概况简介输电线路耐雷水平及影响因素防雷指标耐雷性能电压等级/kV750500330220110雷击杆塔时耐雷水平/kA192~224142~162108~13779~9250~61雷击跳闸率/次·（100km·40雷暴日）0.150.140.20.3150.525我国不同电压等级输电线路的反击耐雷水平和雷击跳闸率限定值注：反击耐雷水平较高/较低值对应杆塔冲击接地电阻7Ω和15Ω。输电线路耐雷水平及影响因素反击耐雷水平的影响因素1、土壤电阻率的影响

反击耐雷水平/kA土壤电阻率杆塔冲击接地电阻/Ω10Ω20Ω30Ω40Ω500/Ω·m1157961521000/Ω·m1178062521500/Ω·m119816252表1SJC1杆塔不同土壤电阻率时上相导线的反击耐雷水平土壤电阻率不同会导致导线线路参数的不同，继而影响地线和导线间的耦合系数，随着土壤电阻率的增大，地线对导线的耦合系数会增大，从而使导线上的感应电压降低，绝缘子闪络电压升高，所以反击耐雷水平增大，但是一般情况下感应电压只占到绝缘子闪络电压的不到10%，所以土壤电阻率对反击耐雷水平的影响很小，只有不到2%。输电线路耐雷水平及影响因素反击耐雷水平的影响因素2、绝缘子片数的影响

反击耐雷水平/kA绝缘子片数杆塔冲击接地电阻/Ω10Ω20Ω30Ω40Ω19片9363494320片10572564822片117806252表2SJC1杆塔不同绝缘子片数时上相导线的反击耐雷水平结果表明：绝缘子片数从20片减少到19片，可使线路反击耐雷水平平均降低12%左右；绝缘子片数从20片增加到22片，可使线路反击耐雷水平平均升高10%左右，其影响权重明显高于土壤电阻率的影响。输电线路耐雷水平及影响因素反击耐雷水平的影响因素3、杆塔冲击接地电阻的影响

反击耐雷水平/kA不同型号杆塔冲击接地电阻/Ω10Ω20Ω30Ω40ΩSJC1117806252表3冲击接地电阻对SJC1杆塔右上相的反击耐雷水平的影响杆塔型号冲击接地电阻变化情况10Ω->20Ω10Ω->30Ω10Ω->40Ω20Ω->30Ω30Ω->40ΩSJC131.62%47.01%55.56%22.50%16.13%表4SJC1杆塔在不同接地电阻变化时的反击耐雷水平降低百分数结果表明：杆塔不同冲击接地电阻对线路的反击耐雷水平影响权重低于绝缘子片数变化而高于土壤电阻率。输电线路耐雷水平及影响因素反击耐雷水平的影响因素4、杆塔呼高的影响

反击耐雷水平/kA杆塔呼高/m冲击接地电阻/Ω10Ω20Ω30Ω40Ω301178062522811981635226122826352表5SJC1杆塔不同呼高时上相导线的反击耐雷水平结果表明：改变杆塔呼高，对不同杆塔输电线路的反击耐雷水平影响均很小，但总体随着杆塔呼高的减小导线反击耐雷水平略有增大。输电线路耐雷水平及影响因素反击耐雷水平的影响因素5、风摆角的影响反击耐雷水平/kA不同杆塔型号杆塔冲击接地电阻/Ω10Ω20Ω30Ω40ΩSJC1无风摆角117806252风摆角7°99675145风摆角15°79514035表6考虑风摆角时SJC1杆塔线路的反击耐雷水平结果表明：对于SJC1杆塔在不同杆塔冲击接地电阻下，当考虑风摆角时线路反击耐雷水平明显降低。若以无风摆角时的耐雷水平为基准值，风摆角分别为7°和15°时，反击耐雷水平降低约为15%和34%左右。输电线路耐雷水平及影响因素反击耐雷水平的影响因素6、工作电压的影响当其他参数不变时，工频电压分量越高，反击耐雷水平越低，所以本次计算将对应导线的工频电压分量调至工作电压正峰值左右，所以计算得出的反击耐雷水平为偏严考虑的结果。输电线路耐雷水平及影响因素最大绕击电流的影响因素最大绕击电流计算方法：采用EGM，即电气几何模型计算，此方法将雷电的放电特性和线路的结构尺寸、地形地貌联系起来进行分析计算。—导线上工作电压瞬时值/kV；——导对地平均高度/m；雷电绕击导线的电气几何模型示意图

输电线路耐雷水平及影响因素最大绕击电流的影响因素以平行于水平面的轴为x轴，垂直于x轴且通过地线悬挂点的轴为y轴建立坐标系：结合绕击电流击距公式以及最大绕击电流对应的击距的几何关系，用MATLAB编程牛顿迭代法即可解出当该相导线暴露弧为零时的最大绕击电流。输电线路耐雷水平及影响因素最大绕击电流的影响因素（1）考虑地面倾角的影响（2）考虑杆塔呼高的影响（3）考虑地线保护角的影响输电线路耐雷水平及影响因素最大绕击电流的影响因素（1）考虑地面倾角的影响（2）考虑杆塔呼高的影响（3）考虑地线保护角的影响输电线路耐雷水平及影响因素绕击耐雷水平的影响因素1、一般认为，地面保护角对绕击耐雷水平没有影响；2、地线保护角不同会导致地线和导线的横坐标不同，继而影响杆塔波阻抗参数以及LCC参数，由计算可知，影响非常小，可忽略不计；3、杆塔呼高会导致地线及导线的纵坐标不同，继而影响杆塔波阻抗参数及LCC参数，影响亦很小；4、杆塔接地电阻对绕击耐雷水平影响较大；5、绝缘子片数对绕击耐雷水平影响较大。输电线路耐雷水平及影响因素雷击跳闸率的计算反击跳闸率的计算式中：N-每100km线路每年遭受雷击的次数

η-建弧率，取为1g-击杆率，平原1/6，山丘1/4p1-大于反击耐雷水平I的雷电流出现的概率p2-幅值大于绕击耐雷水平但小于最大绕击

电流的雷电流出现的概率绕击跳闸率的计算输电线路耐雷水平及影响因素雷击跳闸率的计算雷暴日大于20：雷暴日小于20：750kV线路防雷计算仿真实例分析雷电防护仿真模型的建立电力系统主要的防雷措施输电线路耐雷水平及影响因素电力系统防雷概况简介电力系统主要的防雷措施降低杆塔接地电阻降低杆塔呼高增强线路绝缘减小地线保护角优化杆塔结构和布线方式外加防雷装置安装杆塔避雷针防绕击避雷针线路避雷器750kV线路防雷计算仿真实例分析雷电防护仿真模型的建立电力系统主要的防雷措施输电线路耐雷水平及影响因素电力系统防雷概况简介EMTP雷电仿真模型图雷电防护仿真模型的建立雷电防护仿真模型的建立雷电流模型标准雷电流波形：2.6/50μs，仿真计算一般选取负极性雷电波。Surge波形：Cigre波形：雷电防护仿真模型的建立雷电流模型标准雷电流波形：2.6/50μs，仿真计算一般选取负极性雷电波。(a)雷电流源等值电路(b)Z0和I关系线图雷电防护仿真模型的建立工频电源模型雷电防护仿真模型的建立杆塔模型雷电防护仿真模型的建立杆塔模型（k=14）（k=14）（k=14）雷电防护仿真模型的建立线路模型StandardData：

Rho---大地电导率；

Freq.init---起始频率，一般取0.01;

Length---线路长度。

Data：

Decades---十倍频程数，一般取8或9；

Points/Dec---每个十倍频程内取点个数，一般取10；

Freq.matrix---相模转换频率，一般取5000Hz；

Freq.SS---稳态频率。

雷电防护仿真模型的建立线路模型雷电防护仿真模型的建