基于PSCAD通用变电站进线杆塔雷击过电压计算模型
基于PSCAD的某输电线路耐雷水平的仿真研究
基于PSCAD的某输电线路耐雷水平的仿真研究郭昆丽;宋晓菲;王建波;王猛;张永宜【期刊名称】《计算机与数字工程》【年(卷),期】2017(045)003【摘要】雷击经常造成输电线路杆塔绝缘子串闪络,给电力运行带来很大的影响.论文建立了35kV架空输电线路杆塔的雷电流模型、线路模型和杆塔模型,采用PSCAD/EMTDC仿真软件,分析安装线路避雷器、降低接地电阻等措施的防雷效果.当雷击杆塔顶时,与线路未采取任何防雷措施相比,易击杆两侧安装三组避雷器耐雷水平可提髙5倍,效果明显.仿真分析可为该输电线路防雷措施提供重要的参考.%Lightning often cause is flashover of transmission line tower insulator string, which has brought great influence to the electric power operation.The lightning 35kV overhead transmission lines lightning current model, circuit model and the tower model is established.PSCAD/EMTDC simulation software is used to analyze lightning withstand level effect of the lightning arrester and the reduction of grounding resistance.When the rod tower is struck by lightning, the lightning protection level increases 5 times after installing lightning arrester compared with the lightning protection, and the direct effect is obvious.The simulation analysis can provide an important reference for the lightning protection of the 35kV overhead transmission line.【总页数】5页(P553-557)【作者】郭昆丽;宋晓菲;王建波;王猛;张永宜【作者单位】西安工程大学西安 710048;西安工程大学西安 710048;国网陕西省电力公司电力科学研究院西安 710054;西安工程大学西安 710048;西安工程大学西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TP391.9【相关文献】1.高压架空输电线路雷击过电压的仿真计算与分析研究之二:输电线路耐雷水平与雷击跳闸率的仿真计算与分析 [J], 李明贵;鲁铁成2.高压架空输电线路雷击过电压的仿真计算与分析研究之三:影响输电线路耐雷水平因素的仿真计算与分析 [J], 李明贵;鲁铁成3.基于PSCAD的同塔双回输电线路雷击仿真研究 [J], 胡其伟;胡晟;陈磊;石果4.基于PSCAD/EMTDC的输电线路单相接地故障仿真研究 [J], 薛易;邱培阳;苏勋文;王笃亭;阳海燕5.基于ATP的输电线路耐雷水平仿真研究 [J], 王飞龙因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
ATP和PSCAD在线路过电压仿真计算中的应用
2）切除电容性负载引起旳过电压
产生机理：电容性负载是指流过电容器、电缆或空载 长线路等旳电流。在断路器开断电容性设备旳过程中， 若断口上旳恢复电压上升速度超出其介质强度旳上升 速度，即会造成断路器开断时旳电弧重燃。此时若断 口两端电压极性相反，加之电源继续供给能量，使振 荡充分发展，从而引起产生过电压 影响原因：断路器旳性能、中性点接地方式 限制措施：提升断路器旳灭弧性能（使用真空开关）、 采用带并联电阻旳开关
暂时过电压
内部过电压
电力系统过电 压
雷电过电压
操作过电压 直击雷过电压 感应雷过电压
工频过电压 谐振过电压
投切空载线路过电压 切断空载变压器过电压 断续电弧接地过电压
1、工频过电压
工频过电压主要由长线路旳电容效应及电网 运营方式旳忽然变化引起。
特点：连续时间长，过电压倍数不高，一般 对设备绝缘危险性不大，但在超高压、远距离输 电拟定绝缘水平时起主要作用。
UC 当 L
1
时，电感上旳电压降与电容上旳电压
C
降绝对值相等、相位相反，电路中A、B两点犹如
断路，电源电动势完全作用于电阻压降，回路电
流到达最大，L、C上旳电压也到达最大，形成过
电压。
2、谐振过电压
2)铁磁谐振过电压
电力系统中旳铁磁谐振回路一般由空载变压器或
UR
UL
电压互感器与电容性元件组合而成，主要有下列 三种情况：
2、谐振过电压
谐振过电压在正常运营操作中出现频繁，其危害 性较大。运营经验表白，中低压电网中过电压事故大 多数都是由谐振现象所 引起。
因为谐振过电压作用时间较长，会给保护措施旳 选择造成困难，为了尽量预防发生谐振过电压，在设 计和操作电网时，需事先进行必要旳估算和安排，防 止形成严重旳谐振回路，或采用合适旳防谐振措施。
超高压变电站雷电过电压仿真及分析
超高压变电站雷电过电压仿真及分析发布时间：2022-06-30T07:32:37.855Z 来源：《新型城镇化》2022年13期作者：高阳[导读] 超高压电网的雷害事故时有发生，有效预防雷害事故可以提高变电站的安全性。
国网西藏电力有限公司超高压分公司西藏自治区拉萨市 850000摘要：超高压电网的雷害事故时有发生，有效预防雷害事故可以提高变电站的安全性。
本文采用EMTP软件建5O0kv变电站一次设备模型、输电线路模型和雷电流模型，模拟雷电波通过输电线路进入变电站的过电压情况．分析不同防雷措施情况下变电站的过电压情况。
仿真计算结果对实际运行中的电力系统雷害事故分析具有一定的借鉴意义。
对雷害事故的防治以及对过电压现象的分析具有一定参考价值。
关键词：超高压变电站；EMTP；仿真计算；过电压；接地电阻；避雷器一、引言变电站是电力系统的枢纽，其运行可靠性关系到整个电力系统的安全运行。
在电力系统绝缘事故中，一些是雷电过电压引起的。
变电站雷害来源一为直击雷，二为雷电行波。
长期的运行经验表明，只要变电站内采用正确的直击雷防护措施，其可靠性是较高的。
变电站雷电过电压防护问题主要是针对从线路侵入变电站的雷电行波防护的研究，一般有以下三种方法。
⑴模拟方法。
属于数学上相似的电模拟方法，即模拟计算机型的暂态网络分析仪（TNA），由真实电力系统设备(侧重于暂态特性)的模拟元件（选择恰当的比例尺得到）组成，对还属于探索性或者设计过程中的问题，将发挥重要作用。
⑵实测方法。
此方法补充和考虑了许多在计算机或模拟中不能考虑的因素，如耦合、大地的影响，具有更强的真实性与权威性，但它要对如外部干扰的一些影响因素进行处理，且受具体结线限制，不易作结线方式改变的相关研究。
⑶计算机方法。
可用于规划设计电站时的最优方案，同时也可校验已建的电站关于防雷保护的问题，但必须已知变电站各个元件的参数，且参数的选取对结果影响很大。
计算方法以EMTP仿真使用最多，它可以解决电力系统中许多稳态和暂态过程的计算。
输电线路杆塔雷电冲击阻抗及等效二端口电路模型分析_赵媛
矢量匹配法研究了输电线路杆塔冲击阻抗和等效电路的建立方法。首先采取电磁场数值软件分析了杆塔的阻抗频 域特性函数，再将计算得到杆塔频率响应利用矢量匹配法进行了有理函数拟合，然后用网络综合的方法建立了杆 塔二端口等效电路模型，并用 PSCAD 电磁暂态程序进行了仿真验证。研究表明：该方法可以应用在杆塔的任意 2 点上，建立对大地的二端口等效电路模型，从而求得杆塔上任意点遭受雷击时杆塔上任意部位的电位变化情况， 进而能够模拟可能的放电通道过电压情况，以可用于分析输电线路杆塔雷电反击过程。 关键词：杆塔；雷电反击；冲击阻抗；频率响应；矢量匹配法；二端口网络
和重庆大学
[11-12]
等。
西安交通大学多波阻抗模型是根据垂直导体不同高 度处的波阻抗不同的概念，将杆塔分割为几部分模 拟。重庆大学基于圆锥天线模型，针对杆塔的垂直 结构，结合圆锥天线理论进行分析得到垂直圆柱体 的波阻抗表达式，并通过修正系数得到与实际杆塔 结构比较符合的杆塔波阻抗模型。这些模型能够较
[13-14,18-19]
为复杂，或仅能从整体上反映杆塔遭受雷击时的杆 塔电位，较难反映每个容易放电的通道电位差，进 而不易判断最终是哪个通道放电。 本文依据电磁场数值仿真结果，基于矢量匹配 法， 建立杆塔暂态特性的 T 型二端口等效电路模型， 能够模拟任意可能的放电通道过电压情况。该模型 实现较为简便，能提高电力系统雷击过程中关键环 节的仿真计算精度，并能有效提升目前对输电线路 防雷性能计算与评估的精度。
输电线路杆塔雷电冲击阻抗及等效二端口电路模型分析
赵 媛 ，李
1
雨 ，邓 春 ，何金良
1
1
2
（1. 国网冀北电力有限公司电力科学研究院，北京 100045； 2. 清华大学电机工程与应用电子技术系，北京 100084）
计及冲击电晕的输电线路反击雷电过电压暂态特征仿真分析
[2020年第9期>I照明电气丨计及冲击电晕的输电线路反击雷电过电压暂态特征仿真分析赵紫辉广东电网有限责任公司珠海供电局（广东珠海519000)摘要：鉴于输电线路经常遭受雷电反击导致停电频发，文章利用电磁暂态仿真程序PSCAD/EMTDC搭建了考虑冲击电 晕因素影响的输电线路雷击糢型，并对雷击输电线路塔顶时产生的雷电过电压暂态特征进行了仿真分析，得出绝緣子两端、塔顶及三相导线、避雷线上的过电压波形特征，以供参考。
关键词：冲击电晕；输电线路；雷电过电压；雷电反击；暂态特征〇引言输电线路经常遭受各种雷电过电压的侵袭，导致停电事故，其中雷电反击造成的故障影响更大，因此准确分析反击雷电过电压特征，对做好雷电反击故障防御具有极为重要的理论参考和指导意义[“2]。
1雷电反击输电线路模型文章采用PSCAD/EMTDC仿真软件，建立了考虑冲击电晕影响的雷电反击输电线路模型Ml。
其中，雷电流模型采用2.6/50 u s双指数波，杆塔模型采用500 kV ZB1酒杯塔多波阻抗模型[51»绝缘子闪络判据采用比较法，比较电压取为我国规程建议的500 kV线路绝缘子U50%冲击放电电压2138 k V l输电线路采用7基杆塔模型，如图1所示[7]。
2输电线路反击耐雷水平基于上述仿真模型，考虑冲击电晕影响，输电线路耐雷水平为156.61 kA,如表1所示。
当雷电流幅值超过该耐雷水平时，线路将发生反击故障。
表1输电线路耐雷水平仿真结果故障类型未考虑冲击电晕的考虑冲击电晕的线线路耐雷水平/kA路耐雷水平/kA反击144.74156.613雷击杆塔塔顶时输电线路反击雷电过电压特征根据上述仿真得出的输电线路耐雷水平，文章分别选取幅值为120 kA和165 kA的雷电流击中A相导线侧杆塔 塔顶。
由于雷电流幅值的不同，绝缘子两端以及塔顶和三 相导线上形成的过电压波形将呈现不同的物理特征。
3.1雷击点处雷电过电压特征当雷电流幅值为120 kA时，由于未达到输电线路的耐 雷水平，输电线路不会发生反击故障，绝缘子两端的过电 压波形基本一致。
输电线路防雷计算中的新杆塔模型
互波阻抗. 假定式 (1) 对于该系统是有效的 , 那么第
k 根圆柱体的自波阻抗 ZT, kk和第 k 根与第 l 根之间
的互波阻抗 ZT, kl可表示为
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第 4 期 张 颖 ,等 :输电线路防雷计算中的新杆塔模型
367
ZT, kk
= 60
ln
23/ 2 r
h
-
2
(3)
ZT, kl
= 60
ln
23/ 2 h Rkl
-
2
(4)
式中 : Rkl是第 k 根和第 l 根间的距离.
鉴于杆塔最多是 4 导体系统 ,所以给出了 2 、3 、4
Ne w Tower Model in Calculation of Lightning Protection on Transmission Line
Zhang Ying , Gao Yadong , Du Bin , Shi Wei
(School of Electrical Engineering , Xi′an Jiaotong University , Xi′an 710049 , China)
为
ZTk
= 60
ln
23/ 2 hk re k
-
2
(8)
re k = 21/ 8 ( r1T/k3rB2/ 3) 1/ 4 ( R1T/k3RB2/ 3) 3/ 4
(9)
(2) 实际测得在有支架和无支架的情况下的波
阻抗 ,从测量结果可看出 , 增加了支架之后 , 多导体 系统的波阻抗减小了 10 %左右 , 那么支架每部分的 波阻抗为
雷击引起的电压凹陷及其PSCAD_EMTDC仿真
雷击引起的电压凹陷及其PSCAD/E MT DC仿真李 逢,唐起红,刘冰洁,弭 磊,刘茂军(四川大学电气信息学院,四川成都 610065)摘 要:雷击是电力系统中频次最高的故障原因,由雷击引起的电压凹陷等电能质量问题及其影响和危害已经成为当前国内外广泛关注的问题,针对雷击过电压的不同保护方式,立足于分析雷击引起的电压凹陷进行了研究,建立了基于PSC AD/E MT DC的仿真模型,仿真结果证明通过E MT DC仿真能揭示雷击引起的凹陷的基本特征,对于进一步深入研究雷击引起的保护系统、自动化系统以及敏感设备的受雷击的影响,以及研究更好的雷击保护方案具有一定的理论和应用价值。
关键词:雷击;电压凹陷;E MT DC仿真;绝缘子闪络;波形特征Abstract:Lightning stroke is the main cause of power system failures,and the v oltage sag owing to lightning stroke has become the m ost important issues for power industry.The different simulation m odels for different lightning protecting m ode are proposed.The simulation results by PSC AD/E MT DC for a real system prove the possibility and validity.K ey w ords:lightning stroke;v oltage sag;E MT DC simulation;insulator arc-over;waveform characteristic中图分类号:T M866 文献标识码:A 文章编号:1003-6954(2007)04-0014-05 电力系统中雷击引起的故障最多,对雷击引起的过电压及其保护已经有大量的研究,实际上雷击除了直接产生过电压影响设备和系统绝缘外,引起的电压凹陷(Voltage Sag)和短时中断(Short-Duration Inter2 ruption)对系统保护与控制、敏感用户产生的影响越来越引起人们的重视。
基于PSCAD的同塔双回输电线路雷击仿真研究
基于PSCAD的同塔双回输电线路雷击仿真研究同塔双回输电线路是指在一个铁塔上同时安装两条电力输电线路的一种输电方式。
雷击是对电力系统正常运行产生影响的一种天气现象，对同塔双回输电线路的雷击仿真研究有助于了解其在雷击环境下的工作性能，并提出相应的防护措施。
本文将基于PSCAD软件对同塔双回输电线路的雷击仿真进行研究。
首先，需要建立同塔双回输电线路的仿真模型。
可以通过PSCAD软件的图形绘制功能，将铁塔、导线和其它电力设备等元件逐个添加到仿真模型中。
在建立模型时，需要根据实际情况设定合理的参数和变量，并进行适当的简化和抽象，以提高计算效率和准确性。
其次，进行雷击仿真模拟。
雷击是一种电磁现象，当雷暴云中的电荷经过电场的作用达到一定程度时，就会引发雷电放电。
为了模拟雷击过程，可以在PSCAD软件中添加相应的电容、电感等元件，来模拟建立雷电放电的过程。
同时，需要设置合适的电压和电流源，以模拟雷电对同塔双回输电线路的影响。
然后，进行雷击仿真结果的分析。
在进行仿真计算后，可以通过PSCAD软件提供的结果分析工具对仿真结果进行评估和分析。
可以查看线路元件上的电流波形和电压波形，了解雷击对同塔双回输电线路的影响程度。
根据仿真结果，可以找出存在的问题，并提出相应的解决方案和优化措施。
最后，进行防护方案的优化。
根据仿真结果分析的结论，可以针对存在的问题提出相应的防护措施。
例如，可以在模型中添加避雷针或避雷器等防雷装置，来提高同塔双回输电线路的防雷性能。
通过多次仿真实验，可以对防护方案的效果进行评估和优化，以达到预期的防雷效果。
总之，本文基于PSCAD软件对同塔双回输电线路的雷击仿真进行研究，通过建立仿真模型、进行雷击仿真模拟、分析仿真结果和优化防护方案，来了解同塔双回输电线路在雷击环境下的工作性能，并提出相应的防护措施，以提高其防雷能力，保障电力系统的正常运行。
基于改进欧拉公式的变电站雷电过电压计算
基于改进欧拉公式的变电站雷电过电压计算阳青;董申颂【摘要】为准确计算变电站雷电侵入波过电压,提出了基于改进欧拉公式的数值求解法.通过分别采用基于改进欧拉公式的数值求解法和基于贝杰龙法的EMTP仿真法对变电站的雷电过电压进行计算、对比,结果表明二者计算结果很接近,验证了基于改进欧拉公式的数值求解法是可行的.而与基于贝杰龙法的EMTP仿真法相比,基于改进欧拉公式的数值求解法的建模和计算过程更精确,更能准确模拟变电站遭受雷击后设备上过电压发展的实际过程.【期刊名称】《广西电力》【年(卷),期】2014(037)005【总页数】5页(P5-8,13)【关键词】变电站雷电侵入波;雷电过电压;改进欧拉公式;EMTP仿真【作者】阳青;董申颂【作者单位】广西电网有限责任公司百色供电局,广西百色533000;广西电网有限责任公司百色供电局,广西百色533000【正文语种】中文【中图分类】TM863雷电波侵入变电站产生的过电压，通常分为感应雷过电压和直击雷过电压。
感应雷过电压由于幅值较低，对35kV以上变电站设备没有太大威胁[1]。
直击雷可分为绕击、远区反击和近区反击3种方式。
雷电无论是绕击还是反击，都会在变电站设备上产生很高的过电压，造成设备损坏甚至大范围停电的严重后果。
因此，有必要对变电站雷电侵入波过电压的计算方法进行比较、探讨，采用准确度高的计算方法来衡量变电站设备的绝缘水平，将变电站雷害事故降至最低。
目前，波过程的数值计算方法很多，主要有规程法、蒙特卡罗法（Monte Carlo Methods）、贝杰龙法（行波法）和基于贝杰龙法的EMTP仿真[2]。
本文将介绍一种基于改进欧拉公式的数值求解法，并进行了实例变电站应用，还与目前计算雷电过电压方面应用最广泛、最具权威的基于贝杰龙法的EMTP仿真结果进行了分析对比，为变电站设备耐雷水平的研究提供了一定参考意义。
1 基于改进欧拉公式的计算方法1.1 算法介绍本文在计算变电站雷电过电压时，将雷击点到变电站作为一个整体电路网络来考虑，网络中的线路分割为若干距离为l的节点，其中l/v即为时间步长，v为光速3×108 m/s。
阐述变电站内部过电压仿真计算方法
阐述变电站内部过电压仿真计算方法引言就变电系统而言，电力系统过电压，是发展高压、超高压以及特高压电网所必须重点研究的课题之一。
它决定了变压器、输电线路、断路器等设备的绝缘强度设计问题，还影响到电力系统的安全可靠运行。
各种类型的过电压，如在正常运行或者切除故障时所引起的操作过电压，雷闪放电引起的大气过电压等，都是由于电力系统中突然出现的电磁暂态过程激发而成的，电力系统中含有很多种非线性电磁元件，如：避雷器、铁磁电感、具有分布参数特性的输电线路等，有的时候还需要考虑输电线路参数随频率变化的特性等。
因此，要分析电力系统中的电磁暂态过程是非常复杂的，一般的解决方法也只是局限于过电压时的原理分析以及简单情况下的分析计算。
而按照实际工程条件下计算过电压时，则必须借助模拟方法和数值计算方法。
1.过电压的计算方法过电压计算方法种类繁多，其中，贝杰龙法一直是被普遍认可且是实际运用最为广泛的。
这种方法的思路主要是从线路的贝杰龙数学模型中得来的，它主要是把分布参数的线段作为集中参数的模型，然后用集中参数电路的结点分析法计算。
道米尔等人在1969年研究出了参考贝杰龙方法的通用电磁暂态程序（EMTP），该程序在大型复杂系统的计算中已经得到了广泛应用。
由加拿大曼尼托巴高压直流输电研究中心开发出的电力系统仿真软件（PSCAD/EMTDC），在过电压的计算上也参考了贝杰龙方法。
过电压的计算，必须特别考虑线路参数的频率特性。
80年代末至90年代中期，马蒂和他的学生卡斯特仑提出了输电线过电压计算的改进模型，同样，是建立在贝杰龙方法的基础上，这种改进模型将线路参数的频率特性考虑在内，并且计算的准确度有了很大的提高。
随后开发的仿真软件中，也沿袭了这种模型。
显而易见，贝杰龙方法在线路过电压计算方法中最经典的，后来的改进算法也是在其基础上逐步发展起来的。
因此，用贝杰龙方法计算过电压，既满足实际工程设计的需要，且计算方法简单，计算中所要用到的参数少，容易获取。
基于PSCAD耦合地线提高输电线路耐雷水平的仿真研究
2013年1月许彬，等基于PSCAD耦合地线提高输电线路耐雷水平的仿真研究01076）+hd2．6］（1）式中β———未架设耦合地线时的分流系数；K12———避雷线与导线之间的耦合系数。
由于耦合地线与大地相连，实际想当于杆塔平均高度降低，因此架设耦合地线后其杆塔电感Lgh可不再考虑耦合线悬挂点的下部分。
这样，架设耦合线后的耐雷水平可计算为I'1=U50%（1－K3）［β'（Rch+L'gh2．6）+hd2．6］（2）式中β'———耦合地线悬挂时的分流系数；K3———带耦合地线时的耦合系数。
2仿真分析耦合地线对耐雷水平的影响来自以下几个方面：（1）对分流系数的影响；（2）对耦合系数的影响；（3）对杆塔电感的影响。
综合各种影响后，为了进一步研究耦合地线对输电线路耐雷水平的影响情况，本文利用PSCAD电磁暂态软件分析，从而得到雷击杆塔时的电磁暂态过程。
2．1参数设定(1)波阻抗值文中采用多波阻抗模型，充分考虑杆塔中波的传播过程，杆塔及横担各部分波阻抗分段考虑，并认为各段中波的视在速度不同，将耦合地线横担作为波阻抗处理。
图2为典型垂直排列同塔双回直线塔的分段传输线模型。
(2)杆塔主支柱波阻抗按分裂导线等效成单导线的思路将杆塔的4条主支柱及耦合地线等效成单导体计算波阻抗，1，A=ds/2sin（π/N）（3）式中N———主支柱个数；A———主支柱外接圆半径；d s———支柱间的距离；r———单个支柱的等值半径。
(3)杆塔支撑架波阻抗常规杆塔主体（不包括横担）和仅有主支柱无支撑架时的雷电冲击波阻抗测量表明杆塔主体波阻抗比主支柱波阻抗减小约10%。
支架每部分的波阻抗为ZL=9ZT（4）测量表明，杆塔主体达到最大电压所需时间长于仅有主支柱时所需时间，即波通过支撑架比通过主支柱需要更多时间。
可将支撑架部分长度设为其对应主支架长度的1．5倍。
(4)杆塔横担的波阻抗横担波阻抗Z A可按水平传输线的波阻抗计算ZA=60ln（2h/ra）（5）式中h———横担的对地高度；r a———横担的等效半径。
基于PSCAD_EMTDC的雷电流仿真模型研究
24
M ovab le Pow er Stat ion & V eh icle
No. 3 2008
理论研究
*
基于 PSCAD /EM TDC的雷电流仿真模型研究
26
M ovab le Pow er Stat ion & V eh icle
No. 3 2008
3 模型仿真
由数学模型分析可知, 1、2 是决定模型函数性 质的两个重要参数。在实际定义中 1、2 分别是雷 电波的波头和波尾时间常数。在 1、 2 确定的前提 下, 每个模型都有自己不同的峰值、峰值时间以及最 大上升速率等, 它们都 是雷电分析中 的重要参量。 本文根据文献 3 选取参数为 10 /350 s的雷电流 分别建立三种模型, 在 PSCAD /EMTDC 中的仿真结 果, 如图 2所示。
4 结论
在工程上, 雷电流波形的选用视具体情况而定。 双指数函数是现有文献中用的最多的一种模型。实 际上, 选取 H eidler函数式作为雷电流波模型比选用 其它模型更符合雷电电流波的实际规律。但是如果 在雷电电流波产生的电磁场计算中, 由于涉及到对 雷电流解析式中时间参数的积分, 脉冲函数解析式 是比较理想的选择。 参考文献:
J . 电波科学学报, 2002, 17( 1): 51-53
Study of simulation model of lightning current based on PSCAD /EMTDC
W ANG Y ong, ZHAO Jin- cheng, X IE Pu
基于PSCAD的配电网雷击过电压仿真分析
基于PSCAD的配电网雷电过电压仿真分析雷电过电压分为两类：直击雷过电压和感应雷过电压。
直击雷过电压根据雷电击中输电线路设备的不同部位主要分为2种：1)反击，雷电击中线路杆塔或避雷线致使顶电位升高，导致发生闪络并出现过电压；2)绕击，雷电绕过避雷线直接击中导线，在导线造成过电压。
感应雷过电压即雷击线路附近物体时产生的空间电磁场而在配电线路上耦合产生的感应过电压。
110kV及以上输电线路因杆塔塔身和线路架设高度较高，故容易吸引雷电直击于铁塔或线路。
而35kV及以下配电线路因杆塔高度和线路架设高度低，雷电击于地面而产生感应雷过电压。
根据规程法计算，感应雷过电压的幅值能达到384.6kV。
配电架空线路由于绝缘水平低，易因感应过电压绝缘闪络；而高压架空输电线路，由于本身的耐雷性能较好，感应雷过电压一般不会造成闪络[26]。
上述分析得到高压和配电线路雷击过电压防护重点的不同，故需要进一步通过仿真软件对配网防雷措施进行差异化研究。
3.1 PSCAD仿真软件简介电力系统是非常复杂的，其数学表达式的定义比航天飞行器及行星运动轨迹的定义更要错综复杂和具有挑战性。
EMTDC是具有复杂电力电子、控制器及非线性网络建模能力的电网的模拟分析程序。
对于一个好的技术人员来说它是一个很好的工具，当在PSCAD的图形用户界面下运行时，PSCAD/EMTDC结合成的强大功能，使复杂的部分电力系统可视化。
从20世纪70年代中期起，PSCAD就成了一种暂态模拟工具。
20世纪70年代暂态仿真发生了巨大的变化。
随着计算机的发展，功能强大的文件处理系统可被用在文本编辑等。
PSCAD/EMTDC在20世纪90年代最初创立并使用在unix工作站。
不久，作为电力系统和电力电子控制器的模拟器，它取得了极大的成功。
PSCAD也成为了RTDS-时实数字仿真或混合数字仿真的图形用户界面。
程序EMTDC（Electro Magnetic Transient in DC System）是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件，它即可以研究交直流电力系统问题，又能完成电力电子仿真及其非线性控制的多功能（Versatile Tool）工具。
基于PSCAD软件的新建500kV线路输电工程内过电压计算分析
不 断 扩 大 ．内 蒙 古 电力 公 司 为 提 高 蒙 西 受 端 电 网 的供 电 能 力 和 供 电可 靠 性 ．正 在 加 大 内蒙 古 蒙 西 电 网受 端
１ 仿 真 模 型 的建 立
该５ ０ ０ ｋ Ｖ 输 电线 路 典 型 线 型 为 普 通 水 平 布 置 ． 采
３ ． 长春工业大学 ， 长春 １ ３ ０ ０ １ ２ ； ４ ． 内蒙 古 电力 （ 集团） 有限责任公司 ， 呼和浩特 ０ １ ０ ０ １ ２ ）
摘要 ：
为满足新建某 ５ ０ ０ ｋ Ｖ线 路 输 电工 程 系 统 现 场启 动 调试 需 要 ，利 用 Ｐ Ｓ Ｃ ＡＤ分 析 软件 对 即将 投 产 得 该 工 程 进 行 工 频 过
位ｉ ｎ； ｄ 是 相 导 线 间 的几 何 均 距 ， 单位 Ｉ ｎ； Ｒ 是 相 导 线
Ｘ Ｌ ０和零序 容抗 Ｘ Ｃ ０ 等 参数来描 述 ． 具体计算过 程
如下
（ １ ） 正 序 电阻 计 算 依 据《 电力 工 程 高 压 送 电 线 路 设 计 手 册 》 导 线 的 电 阻 及 正 序 电 抗 ．可 按 照 线 路 的 型 号 和 几 何 均 距 查 表
２ ｇ 面 Ｏ ｉ— ２ （ １ ｇ ￣）
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１ ． １ ５ ０ ０ ｋ Ｖ 线 路 杆 塔 模 型
基于PSCAD的110kV变电站模型的搭建
基于PSCAD的110kV变电站模型的搭建发布时间：2023-02-07T02:54:06.608Z 来源：《中国电业与能源》2022年9月17期作者：崔连华[导读] 基于PSCAD软件对110kV变电站进行建模，在PSCAD软件中崔连华国网山东省电力公司济宁供电公司山东济宁 272000摘要：基于PSCAD软件对110kV变电站进行建模，在PSCAD软件中，结合实际变电站一次设备及实际线路构建模型，通过在完整的模型中设置特定的故障来获取相应的故障数据，更好的研究学习电力系统继电保护及故障处理。
0 引言在现代社会，电力系统承载着社会居民的日常生活以及各行各业的生产需要。
缺少电力的支持，社会生活将陷入瘫痪，因此，电力是日常生产和居民生活中必不可少的资源，采用科学的方法对电力系统进行维护至关重要[1]。
本文使用 PSCAD 建立110kV变电站仿真模型，利用建模仿真结果可以分析了各种故障情况下继电保护的动作情况。
1 PSCAD/EMTDC软件PSCAD（Power System CAD）是一个功能强大且灵活的与 EMTDC（ElectromagneticTransients including DC）电磁暂态仿真引擎对接的图形化用户界面 [2]。
PSCAD 允许用户以图形化的方式建立电路、运行仿真、分析结果，同时可线绘图、控制，仿真运行中改变系统参数，对正在运行的仿真结果进行可视化观测，极大的提高了电力系统仿真模型的建立及运行结果的可视化分析能力。
PSCAD 提供了许多完整的已编程和经过测试的仿真模型，诸如输电线路、电缆、电动机及发动机。
对于保护，尤其提供了保护和继电器、仪表和测量功能，极大方便了相关模型的建立。
PSCAD 被用于规划、运行、设计、调试、招投标规范装备、教学和研究中。
2 一次系统模型建立整个建模以110 kV变电站为基础，利用电源、变压器、测量元件库建立合理的一次系统。
根据实际变压器、线路、负荷参数设置模型。
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基于PSCAD的通用变电站进线杆塔雷击过电压计算模型浅
析
摘要：雷击过电压是电力系统中较为严重的故障原因，基于pscad/emtdc建立变电站进线杆塔的雷击模型，对变电站的雷击过电压进行计算，计算结果证明通过emtdc仿真能够得到过电压波形，对于进一步研究雷击的保护方案具有一定理论和应用价值。
关键词：雷击；emtdc仿真；过电压；
随着电网的迅速发展，电网不断延伸扩大，雷害事故对于电力系统的影响受到越来越多的重视，相对于输电线路，变电站的雷害事故往往会导致大面积停电，影响较为严重，本文从电力系统变电站进线杆塔的雷击过电压计算入手，探讨雷击过电压计算模型。
1、雷击过电压原理
雷电放电的物理过程虽然是很复杂的，但是从地面感受到的实际效果和防雷保护的工程角度，可以把它看成是一个沿着一条固定波阻抗的雷电通道向地而传播的电磁波过程，据此建立计算模型。
在雷电放电过程中，能够测得的雷击地面时流过被击物体的电流，可以使用计算模型反推出雷电波的参数。
根据雷电流源等值电路，雷电流计算公式：
国际上都习惯把雷击低于接地阻抗（z≈0或zz0）物体时，流过该物体的电流定义为雷电流。
应当注意的是：定义中的雷电流恰好等于沿雷电通道传播而来的雷电流波的两倍。
因而在防雷保护计
算的彼德逊等值电路中，等值雷电流源通常就直接用雷电流来表示。
雷电过电压主要可以分成三种：
1.1反击过电压
雷闪直接击中杆塔，或击中杆塔附一近避雷线时，雷电流通过雷击杆塔和杆塔的接地电阻使塔顶电位大大升高，当塔顶与导线之间的电位差超过线路绝缘子串的冲击放电电压时，就会引起线路绝缘子串闪络。
这种情况通常称为反击。
1.2感应过电压
雷闪击中线路附近大地或杆塔时，由于电磁感应在导线上产生的过电压。
一般感应过电压只对35kv及以下的线路有威胁。
1.3直击导线过电压
雷闪直接击中无避雷线的导线或绕过避雷线(屏蔽失败)而击中导线，也称为绕击雷过电压，直接在导线上引起很高的过电压，造成线路绝缘子串闪络。
运行经验表明，反击雷过电压对系统危害最大。
故本文仅以反击过电压作为雷击过电压。
2、pscad/emtdc仿真模型
雷电源模型
根据中国的雷电流幅值分布概率，按规程建议取波形为斜角平定波、负极性，作为主要研究波形。
故仿真采用的雷电流的波形按照通常的情况下的2.6/50μs，取雷电流216ka，并取为负极性。
按照前文使用双指数函数的电流模型对2.6/50雷电流的波形的拟合结果，雷电模型使用的表达式为：
反击时雷电通道的波阻抗z0取300ω。
仿真模型如图1所示。
图1pscad/emtdc雷电源模型
2.1杆塔模型
按照不同高度取不同的波阻抗的值的方法来建立杆塔模型，在雷电冲击波的作用下，杆塔可以近似等值为电感和电容的分布参数，根据杆塔尺寸如图2（a）所示，建立计算的电路模型如图2（b）所示。
计算中rch为杆塔的冲击接地电阻，取值10ω，档距400m。
（a）简化杆塔模型（b）仿真模型
图2pscad/emtdc杆塔模型
建立杆塔模型后就是关于雷击点的选定。
在仿真计算中将变电站和进线段结合起来，做为一个网络来进行仿真。
我国规程规定只计算离变电站2km以外的远区雷击，不考虑2km以内的近区雷击。
而在美国、西欧和日本以及cigre（国际大电网会议）工作组，均以近区雷击作为变电站侵入波的重点考察对象。
因此雷击点选为进线段的1号～6号杆塔，兼顾近区和远区的雷击，其中雷击6号杆塔为远区雷击，其余为近区雷击。
2.2输电线路
导线和避雷线均用单相无损导线模拟，模拟时需考虑两个参数：波阻抗和波速。
假设线路上波速均为光速。
利用单相无损线路的贝杰龙模型研究雷击过电压，与地平行的架空线无损导线的波阻抗由下式决定：
式中为导体半径，为导体平均高度。
电压等级较高的输电线路
一般采用四分裂结构，导线计算后的波阻抗为380ω，考虑到电晕的作用，波阻抗降低20％～30％，计算时导线波阻抗取为280ω。
变电站电气设备模型
因为雷电侵入波等值频率较高，维持时间很短，通常在10μs
左右即可算出最大过电压幅值。
则变电站设备如变压器，隔离开关，断路器，互感器等，在雷电波作用下，均可等值成冲击入口电容，它们之间有分布参数线段相隔。
与输电线波阻抗类似，变电站母线的波阻抗为300ω，导线波阻抗取为280ω，gis内部接线为65ω。
根据经验公式，计算变压器入口电容c：
式中s为变压器容量，k为系数，对较高电压等级的变压器n取4，在计算变电站中估算变压器c=5000pf。
其他设备等值电容见表1。
表1设备等值电容
设备名称电容值（pf）
变压器5000
电容式电压互感器3000
电流互的感器1000
断路器800
隔离开关 300
穿墙套管 150
2.3避雷模型：
pscad/emtdc已有避雷器模型，需要对避雷器进行型号，伏安特性进行设置。
运用pscad仿真计算时，只需在提示框内直接输入该型号避雷器在各个电流下的电压值和避雷器的参考电压，程序自动拟合生成其计算所需的伏安特性曲线。
仿真模型搭建如图3所示。
图3避雷器模型
3、仿真结果
采用上述模型对重庆北碚500kv变电站进行仿真计算，得到1~6号杆塔雷击过电压波形。
图4为最为严重的2号杆塔雷击过电压，b1、b2分别为1号主变和2号主变的过电压波形，最大值分别为1041.40kv和1021.39kv。
其他波形因篇幅原因略。
图4模型过电压计算结果
4、结论
仿真波形与实际测量相比较，符合实际情况，证明仿真模型的正确性。
如何利用仿真波形进行有效的防雷保护以及设备的绝缘配合需要进一步研究。
参考文献
（1）施围、邱毓昌、张乔根.高电压工程基础[m].北京：机械工业出版社，2006.
（2）dommel.h.w著，李永庄等译.电力系统电场暂态计算理论[m].北京：水利电力出版社，1991.
（3）金学军.贵州500kv鸭福输电线路雷电过电压研究[d].重庆大学，2003.
（4）张斌.贝杰龙算法在乐山500kv变电站雷击过电压分析中的应用研究[d]. 四川大学,2006
（5）李洪涛. 500kv变电站雷电侵入波保护研究[d]. 重庆大学,2006
（6）李福寿. 500千伏变电所的雷电侵入波保护计算[j]. 高电压技术, 1983,(03)
注：文章内所有公式及图表请用pdf形式查看。