雷击与普通短路故障引起的电压凹陷特征研究雷击与普通短路故障引起的电压凹陷特征研究.pdf

中国电机工程学会第十届青年学术会议 ·吉林 雷击与普通短路故障引起的电压凹陷特征研究 李 逢 肖先勇 (四川省电机工程学会川大分会 四川 成都 610065) 摘 要：为了提取雷击引起的电压凹陷特征，分析与普通短路故障引起电压凹陷的区别，文中基于电磁暂态仿真系统 PSCAD/EMTDC，对雷击引起的电压凹陷与普通短路故障引起的电压凹陷进行仿真。以IEEE RBTS－6标准测试系统为仿真对象， 考虑母线是否加装避雷器两种情况。研究证明，无论在哪种短路故障情况下，雷击引起的电压凹陷与普通短路故障电压凹陷 相比，凹陷深度一致，持续时间略短，且两者的凹陷波形特征不同。母线设置避雷器后，雷击引起的电压凹陷持续时间增加， 但短于普通故障引起的电压凹陷持续时间，证明系统的过电压保护装置会影响电压凹陷的特征。现有电能质量监测仪器可监 测母线电压波形，为通过电压波形分析辨识引起凹陷的原因提供了理论基础。 关键词：雷击；短路故障；电压凹陷；避雷器；波形特征；PSCAD/EMTDC 0 引言 输电线路距离长，地理分布广，易受雷击。据电网故障分类统计表明，雷击引起高压线路总跳闸次数 的 40%~70%[1]。当雷电击到输电线路，造成短路故障，引起母线电压凹陷。 国际电气与电子工程师学会（IEEE）将电压凹陷定义为供电电压有效值下降到额定值的 90%~10%，持 续时间为 0.5 个周期到1min[2]。电压凹陷出现频繁引起电能质量许多问题而得到越来越多关注。电压凹陷 主要由短路故障引起。雷击故障在电网故障中所占比例很大，是造成母线电压凹陷的重要原因。现有研究 大都把雷击引起的故障与普通短路故障同等对待，以分析和研究其引起的电压凹陷。但不同的故障原因， 引起的电压凹陷特征不一样，造成的影响也有区别，因此，有必要深入研究雷击引起的电压凹陷的特征。 雷击对电压凹陷的影响，国外研究人员已有一定研究[3]~[10]。最早关注雷击故障对系统设备运行的影响， 分析雷击导致的电压凹陷相关特征，以及产生的谐波对设备的影响[3][4]。2002 年，有学者认为仅考虑雷击 引起凹陷对设备的影响不能反映对系统的影响，因此，根据地面落雷密度评估雷击引起的电压凹陷分布特 征，从而评估对系统的影响[5]。为了具体考察雷击对电压凹陷的影响程度，北美雷电监测网络（North American Lightning Detection Network，NALDN）收集多年雷电数据，将 NALDN 数据与电压凹陷数据制 成数据库，考察两者相关性[6][7]。更多研究人员研究电压凹陷时，都考虑了雷击的影响因素[8]~[10]。但现有 研究中认为雷击引起的电压凹陷与普通短路故障引起的电压凹陷特征一致，在仿真评估时没有区分，都以 普通短路故障引起的电压凹陷为模型进行评估。雷击线路会产生大气过电压，一般研究仅关心大气过电压 是否造成绝缘闪络，对系统和设备有多大危害，并不研究雷击对系统中非故障部分造成的影响。雷击后雷 电波在系统中传播，必然会影响系统非故障部分，电压凹陷特征可反映雷电波的影响情况。根据设计规程， 不同的电压等级会设置不同的保护措施。保护设备的设置情况，也会影响电压凹陷特征。 本文重点分析雷击引起电压凹陷特征，分析与普通短路故障引起的电压凹陷特征区别，同时考虑母线 是否加装避雷器，考察雷击对电压凹陷特征影响程度。现有的电能质量监测仪器可装设在母线节点上，纪 录母线电压波形。考虑雷击因素，更精确分析电压凹陷波形特征，为通过电压凹陷波形来判别引起凹陷原 因提供理论基础。 1 雷击引起电压凹陷的原理 输电线路落雷后，雷电流超过线路的耐雷水平，线路绝缘发生冲击闪络，雷电流沿闪络通道入地，由 于时间仅几十微妙，线路开关来不及动作，工频短路电流继续流过闪络通道并建立起稳定电弧持续燃烧， 形成接地故障，线路将跳闸。 线路雷击后产生雷电行波在系统中传播。系统中各节点电压由于行波传播与折反射会上升波动。当绝 缘子闪络造成接地故障后，工频短路电流必将引起电压凹陷在系统中传播，节点电压在上升波动后再下降。 电压凹陷的特征与故障类型有关。一般研究电压凹陷的短路故障类型包括单相接地短路、两