500KV GIS变电站雷电过电压保护研究

论文摘要

500kVGIS变电站是电力系统的枢纽,一旦发生雷害事故,将造成大面积停电:并且站内变压器等主要电气设备的内绝缘大多没有恢复能力,万一雷害损坏,修复起来十分困难,势必造成严重的后果。因此对500kVGIS变电站进行雷电过电压保护的研究是十分有必要的。本论文以星城500kVGIS变电站作为研究对象,通过ATP-draw仿真软件对其进行精确的仿真计算,提出相应的雷电过电压保护措施。本文研究的主要内容如下:第一部分建立仿真模型,包括雷电模型、杆塔模型、避雷器模型、站内电气设备模型及绝缘子串的闪络模型等。其中重点对绝缘子的闪络特性,并以TACS子程序模拟了绝缘子串闪络的过程。第二部分给出了相应电气设备的仿真参数,应用ATP电磁暂态数字仿真软件对其进行仿真计算。并通过改变雷击点的位置和变电站运行方式,对站内设备的雷电过电压进行计算和分析,找出对变电站危害最为严重的情况。第三部分提出变电站防雷保护的特点,介绍了避雷器与设备保护距离的计算原理,并根据该变电站具体情况设计了4种不同的避雷器配置方案,通过仿真计算找出适合该站的最佳方案。第四部分引入了混沌学理论,并结合MATLAB软件实现了对过电压波形的处理,计算出其分形维数、K熵值,并绘制出散布分布图。与前面所计算的设备保护裕度相结合,找出其间的关系,为方案的选择提供了新的验证方法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题提出的意义
• 1.2 国内外研究水平及发展现状
• 1.2.1 GIS变电站的发展及优点
• 1.2.2 电力系统数字仿真软件
• 1.3 本课题研究的主要内容及创新之处
• 第二章 仿真计算模型
• 2.1 雷电模型
• 2.1.1 雷电流的解析表示
• 2.1.2 最大雷电流
• 2.2 杆塔模型
• 2.3 输电线路模型
• 2.3.1 线路的损耗
• 2.3.2 冲击电晕的伏库特性
• 2.3.3 所采用的输电线路模型
• 2.4 避雷器的模型
• 2.5 站内电气设备模型
• 2.6 绝缘子串的闪络机理及模型
• 2.6.1 绝缘子串的闪络机理
• 2.6.2 绝缘子串的闪络模型
• 2.6.3 TACS子程序模拟绝缘子串闪络的过程
• 2.7 本章小结
• 第三章 参数设置及仿真分析
• 3.1 雷电侵入变电站的方式分析
• 3.2 雷击点的选择
• 3.3 星城500kVGIS变电站等值接线图
• 3.4 相关电气设备仿真参数
• 3.4.1 杆塔塔形参数
• 3.4.2 进线段线路和变电站内架空线参数
• 3.4.3 绝缘子参数
• 3.4.4 波阻抗
• 3.4.5 电气设备入口电容
• 3.4.6 电气设备的雷电冲击绝缘水平
• 3.4.7 避雷器特性
• 3.4.8 运行方式
• 3.5 计算结果分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 避雷器配置的研究
• 4.1 GIS防雷保护的特点
• 4.2 避雷器与电气设备之间的保护距离
• 4.2.1 避雷器与被保护设备之间的距离为零
• 4.2.2 避雷器与被保护设备之间的距离不为零
• 4.2.3 避雷器与被保护电气设备之间的最大允许电气距离
• 4.3 GIS变电站避雷器配置仿真分析
• 4.3.1 仿真方案设置
• 4.3.2 仿真计算分析
• 4.4 本章小结
• 第五章 过电压波形的非线性动力学分析
• 5.1 混沌基本概念
• 5.1.1 Lyapunov指数
• 5.1.2 分形维数
• 5.1.3 Kolmogorov熵
• 5.2 过电压波形的非线性动力学分析
• 5.2.1 分形维数与过电压波形的关系
• 5.2.2 K熵与保护裕度的关系
• 5.2.3 散布图分析
• 5.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 附录A 作者在攻读学位期间发表的学术论文
• 附录B 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 附录C 星城500kVGIS变电站一次主接线图
• 附录D 星城500kVGIS变电站一次主接线仿真图