防止雷电过电压在谐振接地的配电网络外文翻译资料

(2014) 121–128电力系统研究

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防止雷电过电压在谐振接地的配电网络

F. Napolitano ^a, , A. Borghetti ^a , C.A. Nucci ^a , M.L.B. Martinez ^b ,

G.P. Lopes ^b , G.J.G. Dos Santos ^c

电气、电子、信息工程、意大利博洛尼亚大学

高电压实验室，Itajuba的联邦大学,巴西

^c AES SUL, Brazil

文章信息

文章历史

2013年8月27日被认可

2014年一月8日被采纳入修订版中

2014年二月25日被接受

2014年4月3日可以在网上获得

关键词
防雷，配电网络，感应过电压，绝缘闪络，雷电性能，电磁瞬变

摘要

AES Sul，一种巴西电力配电实用程序，最近启动了一个项目，主要集中在一些变电站的变压器和以往操作的固体接地中性中压侧谐振接地装置的安装。由于期望在单相接地故障时增加的电压在声音导体，所有避雷器必须增加评级代替。为了尽量减少所需的避雷器，已开发的一个程序，用于估计在多个相导体导致同期的的雷击事件故障中。本文介绍的程序，考虑了所有有显著影响线路绝缘闪络雷电的主要因素，并提出结果得到的架空线路和无保护手段。copy;2014年Elsevier B.V.保留所有权利。

1. 介绍

一种巴西电力配电实用程序，最近已经开始了一个项目，重点放在安装一些以前经营的固体接地中性变电站变压器变压器的中性谐振接地设备。预期供应连续性的改善。AES Sul，在特定的永久性相接地故障可能不需要三个极断路器立即打开。另一方面，作为一个阶段中的接地故障在谐振接地配电馈线的声导体的电压的增加的结果，所有避雷器必须增加等级代替。上述激励努力开发一个程序，旨在最小化所需的避雷器的数量，考虑到所考虑的配电馈线主要由架空线和它们位于一个云对地闪密度的高值的特征区域组成。

通过作者在这方面进行了初步的研究结果在 [2] ，其中提出了一种分析避雷器的保护区和弧角间隙连接到多导体架空线曝光宁电磁脉冲（LEMP）所造成的间接雷击。[2] 所提出的分析通过统计模拟程序的方式进行，呈现在[3,4]¹，适当地调整，以便考虑到实用程序的频率电压对计算雷电感应电压的影响，与以前的文献中的主题相比，这代表了一个新的比较（例如，[ 5（10）]）。相对于现有的文献，本文代表了进一步的改善，因为上述程序已被丰富，为了代表闪络，用一种现在可以计算估计每年在多相导体中的雷击事件引起的伴随故障的方法：在谐振接地馈线的保护设计/协调这是最重要的，旨在最大限度地减少这些事件的预期频率。

本文的结构如下。第2节描述了程序的实用频率电压和闪络的表示特定的参考。第3节介绍了在分析和相关的保护措施中考虑的架空线类型。第四节给出了时域电压波形计算一些测试案例。第五节介绍了统计分析的结果。第六节总结了本文。

如图1所示，LIOV-line 和EMTP-RV之间的接口模型左终止结构。

2. 应用程序

这个程序提供了预期数量的年度电压超过在横坐标每一个阶段的每极线导体的值。而且，闪络模型的实现——这是本文的一个重点，它提供了在每一杆线反射的期望频率,这也适用于每个阶段的多芯线。这个程序是基于蒙特卡罗方法和LIOV-EMTP代码，[11,12] 中描述，在被Agrawal等提出基础上，它实现了LEMP-to-line的耦合模型。[13]和[14]中给出的解析公式用于快速计算雷电电磁脉冲(LEMP)。在本文LIOV-EMTP模型被采用进一步改进，为了考虑效用的存在频率电压，如2.1节所述。程序通过使用模型的2.2节中所述的绝缘的承受能力能估计预期的闪络率。

2.1 分析能量线感应电压的影响

LIOV-EMTP 代码是基于LIOV (雷电感应过电压)之间的接口代码[15,16] 修订版的电磁暂态程序(EMTP-rv) [17]。

一条线有一个导体的情况下，图1说明了电路连接照明线路的Agrawal等模型用LIOV代码以EMTP模型左终止实现(由函数Gamma;0表示)。符号的意义如下:

- v₁ , v₂ , . . ., and i₁ , i₂ , . . .是所谓分散电压和线电流，分别地在节点1、2. . .k_max -1的二阶有限差分时域空间网格的方程用于解决Agrawal 等模型。- v_t,0 and i₀是总电压和线电流，分别地在左边终止（v_t,kmax 和 i_kmax 在右边终止）-Z 的特性阻抗线(假定为频率独立)；-G₀ 和G₀是Bergeron等效发电机[18]（G_kmax 和G_kmax在右边终止 ）

和在时间阶段n是两边终止

(1)

(2)

公式里v_e,i是随机的，或激励的,在节点电压i, i.e,

dz (3)

导体高度h和激励电场垂直分量。

和在时段n的方程是

(4)

(5)

，，通过一个特定的动态链接库，被LIOV代码重新计算，被定义 在EMTP-rv仿真环境中。

由于时间范围通常采用感应电压计算一些几十微秒的命令，假设50或60 Hz等于一个常数电压V值，为简单起见，统一沿着线(在三相线路正序)。增加的V值在公式(1)和(2)左侧。

在感应电压的计算方面，有限长度的架空线路通常假定在一端或两端终止其特性阻抗。这简化了分析结果，由于移动浪涌波的反射的影响在线终端可以避免。

在不通电的线路情况下,一个匹配的线路是通过Gamma;₀定义等于线路的阻抗Z表（或一组耦合阻抗分支多导体线的情况）。当时，总电压v_t,0等于起源G₀值的一半。

为了保持在一个或两个两端表示一个匹配的线的可能性，也当考虑到固定的电压伏，行终止在EMTP电路断路。源值G₀和/或G_kmax计算的值为公式（1）和（2）的一半加上V：

（6）

（7）

源值G₀和/或G_kmax总是空的，为了模拟反映向终止线匹配的电压波形缺失。

公式（1）–（5）解释了连接方法，包括计算（或)时间步和计算（或)相应的沿Bergeron线路传播时间之间的差异。在Bergeron线路包括在照明线中，这种延迟是可以避免的在[ 12 ]中介绍。在这种方法中，（公式1）和（2）变成：

（8）

（9）

为了表示固定电压和匹配终端G₀ 和G_kmax的计算由公式（10）和（11）一半的再加上V。在匹配终端的电流值的计算方法，在LIOV 代码是

(10)

（11）

2.2.闪络的表示

在本文中，对闪络的预期数的计算研究，承受绝缘能力的浪涌波形的功能是在EMTP RV库模型，实现了所谓的颠覆性影响（DE）准则[19,20]：有闪络下列不等式为真

DE le; （12）

这里v(t)是应用激增，作为时间t, t₀的函数，当v(t)超过 V₀ ,即最小电压在任何击穿过程开始之前将增大。DE, k, V_0是常数参数，应该根据绝缘特性和波形选择，如[21,22]里的分析。

DE, k, V₀ 的第一个近似值，在这里假设为独立的浪涌波形的变化。根据绝缘特性，他们已被选择，使用的值在[ 10 ]，是从实验室测试在一个15千伏的引脚类型的陶瓷绝缘体和一系列40厘米的木材

的结果。

为了说明目的，在第5节中使用的 DE模型与所获得的一些假设结果相比，当绝缘电压超过该电压的值，闪络发生，如建议在[ 23 ]说明出现在绝缘电压--时间曲线，是1.5倍该电压值。 在EMTP-rv 模型，这两个标准是通过控制开关实现（IS）：因此他们在这里表示为IS和IS1.5。值得一提的是，参考[ 10 ]显示的因素1.5可能会导致低估的闪络率，[与 24 ] 众结果一致，1.2 mu;s times; 5 s的形状因子1.13已被使用。在本文中我们限制假设前面提到的因素1.5，由于他采用IEEEST 1410，虽然这个问题值得进一步研究，如隐式在[10,24]提出。

2.3统计分析

这个采用的程序利用大量的实验。每个实验的特点是雷击电流参数值（振幅和峰值时间），与[ 25 ]中推荐的第一次负下闪烁击中以及在没有地面线，击中位置角度的坐标的对数正态分布。由于在一个单一的闪存中存在的多个击中的影响被忽略。击中的位置被假定为均匀分布在一个区域周围的行足够大，包括所有的活动，可能会引起危险的感应电压。间接和直接的击中通过运用电气几何模型（EGM）区别在[ 23 ]。

一旦感应电压被每个间接击中评估，通过使用[ 4 ]中记录的程序，减少LIOV-EMTP模拟次数，预计全年的击中事件数量F_p 导致感应电压的振幅在横坐标的值大于在纵坐标的值，由下面的公式给出的：

F_pAN_g （13）

其中n是考虑间接事件产生的感应电压高于横坐标值的个数，n_tot是随机产生的事件，A线附近的一个区域包括所有被考虑的击中位置，N_g是每年的地闪密度。

用闪络的次数更换公式（13）中的n，这问题提供了在考虑线路时预期的闪络年数。

图2所考虑的线杆布局（尺寸以毫米为单位）。

3. 配电线路的描述

分析应用于中压架空线路配置和避雷器产品通常采用AES Sul。极点配置如图2所示,以下数据是假设:额定电压= 13.8 kV;电压等级= 15千伏。线长度是2公里和相导体有从地面9.3米高度的水平配置。如图2所示,不考虑固相的绝缘，相导体b的基础的绝缘子和金属横木忽略不计相应的其他两相导体的距离等于0.6米。因此,对于相导体b，V₀ 等于90千伏，即临界闪络电压的0.9倍(CFO)的绝缘体假定等于100千伏,而DE = 60.9 kVmu;s和k = 1。相导体a和c，V₀等于165千伏，获得0.9倍绝缘体的CFO值加上0.6m木头CFO值假设等于250 kV / m(如在[23]记录)乘以0.7减少潮湿条件的因素在[26],而 DE= 255 kVmu;s和k = 1。作为LEMP计算的基本情况，假定地面电导率值等于1 mS/m 女士,模拟闪络,假设杆接地电阻等于50。为一个特定的分析,这些值应该被通过实地测量获得的取代。本文给出的结果说明这些值是一种变体敏感性。

图3所示：避雷器产品特性采用AES Sul的电子通信设备连接到谐振接地中性变电站和连接到固体中性接地的变电站。

图4所示：最上面看到的线，有2个击中位置：A和B。

两种类型的避雷器：即，一个采用AES

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