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摘要：雷电危害严重影响了变电站的正常可靠运行。雷击破坏主要是由直击雷和侵入性雷击沿线路传输到变电站造成的，多年的运行经验表明，升压站雷击事故主要来源于直击雷。按照电力相关规程装设避雷针，可忽略直击雷对电站设备产生的影响。入侵升压站按规程、规定设置避雷针和接地网，变电站直接受雷击的概率会很低，然而侵入波对升压站设备尤其是升压站主变压器的威胁仍不容忽视。
关键词：升压站；侵入波；过电压；防雷措施
随着变电站综合自动化水平的不断提高和大量计算机等微电子设备的应用，侵入波对变电站二次设备的影响逐渐凸显出来。为了更有效地保护站内设备不受干扰波过电压的影响，因此有必要对雷电入侵波过电压的影响因素进行深入研究。为了减小雷电侵入波对变电站内部设备的过电压威胁，国内外许多学者进行了深入研究，同时提出了许多防雷技术措施。常用防雷技术措施包括在变电站附近安装避雷器、减小输电线路保护角、两端敏感器件并联等。虽然国内外学者对升压站防雷技术措施进行了广泛的研究，但不同升压站的雷电侵入波防护需要综合考虑各种因素，然后找出主要因素。
一、模型建立
1、升压站主接线图。该电厂升压站为模型，该升压站内的一次主接线如图所示。
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主变压器由保定天威宝电有限公司设计制造，额定容量720mV•A，L’强制油循环风冷，采用三相五柱绕组结构。发电机输出电压20kV，由20kV升压至220kV馈出，然后研究了WL1电源雷击后主变压器两侧雷电侵入波产生的过电压规律，并提出了相应的保护措施。
2、杆塔模型。在瞬态和低速波前过电压场中，通常忽略塔的模拟，只考虑塔脚的接地电阻定量。波前快速过电压区，通常不需要模拟塔，因为研究范围仅限于电站，雷电波在塔内的传播特性对雷电过电压的计算结果有很大的影响。因此，只有在波前的过电压场中，塔内快速过电压的模拟才是重要的。为使模型更接近现实，该文采用多波阻抗模型，如图所示。
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多波阻抗模型又称减薄模型，将塔分解为主要材料、倾斜材料和横臂，分别用无损线模拟。每段塔的高度为H K，每段塔的阻抗为ZTK，支撑波阻抗为Z L K，交叉臂波阻抗为ZAK，塔的冲击接地电阻为RI如下。
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3、绝缘子闪络模型。当架空线路受到雷击时，应考虑绝缘子的闪络，采用交会法确定绝缘子是否闪络，t1为闪络时间点，uf为闪络。交叉口判断原则，利用ATP/EMTP的TACS模块模拟绝缘子的闪络特性，绝缘子的ATP等值模型如图所示。
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4、避雷器模型。采用非线性电感和电阻模型串联电路模拟避雷器，该模型适 用的波前时间范围为 1-8μs。220 kV 避雷器的伏安特性如表所示。
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二、侵入波过电压分析
1、雷击方式对过电压的影响。感应雷击对35kV输电线路的影响很小，因此，过电压，主要考虑本次研究的220kV输电线路的雷击及雷击反击发电厂，220kV升压站全线均设避雷线（仅研究避雷线和输电线路），主变压器高压侧输出端外侧的电杆和铁塔以及塔楼分别记录为1极和2极。雷击方式对主变压器过电压影响的研究，仅考虑最严重的情况，即雷电电流击中输电线路或铁塔附近的避雷线。
2、雷击避雷线对主变过电压的影响。雷击后，两侧接地线的雷电电流沿接地极与杆塔相遇时，由于杆塔的波阻抗电流和接地电阻的存在，会在杆塔上产生高电位绝缘。高压和线电位差会引起绝缘子闪络或击穿，造成事故；此外，雷电线上短波磁头的雷电电流会与导线上的感应过电压耦合。高幅值感应过电压会使雷电电流进入升压站，威胁变压器安全。研究雷击时侵入波对主变压器过电压的影响，雷击电流波形为2.6/50μs。升压站主变高压端雷电冲击耐受总波电压峰值为950kV，低压终端雷电冲击耐受总波电压峰值185kV。la主变低压侧过电压为68kV，是20kV发电机输出电压的3.4倍；主变高压侧过电压为740kV，约为主变高压侧额定电压的3.4倍，即当雷电电流幅值小于100kA时，主变高压端子和低压端子过电压均不超过规定值，但当雷电电流幅值超过200kA时，主变高压端子过电压超过1mV，应采取保护措施，防止侵入波威胁主变压器。
3、雷击导线对主变过电压的影响。如果输电线路防雷措施完成后，雷电电流绕过输电线路的可能性很小，但仍有可能发生冲击，雷电电流冲击塔顶或雷击，雷电的幅值通常很小。该文取幅值为100 kA，波前时 间为 2.6/50μs 的雷电流波进行计算，计算结果如图所示。
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从图中可以看出，当雷电电流直接冲击导线时，主变压器低压侧的过电压为72kv，是发电机输出电压20kv的3.6倍。主变压器高压侧的过电压为800kv，约为主变压器高压侧额定电压的3.64倍。它可以看到相同的雷电流幅值入侵导线和避雷针分别产生的过电压波，而雷击主变压器两侧导线时会产生比这更严重的入侵波。
4、雷击点位置的影响。为保护升压站设备的安全，一般在全线高压等级设置停车线。一般在1～2低压输电线路的进出口处设置避雷线公里。“无论是雷击周围的浪涌，还是雷击侵入波的浪涌，高压侵入过程中会发生能量衰减，沿线路进入升压站。因此，雷击点距升压站的距离会影响变压器两侧的侵入波过电压。本次研究了100kA幅值、2.6/50μs波形下主变压器过电压对雷电点的影响，计算了雷电电流波形。当过电压产生相同的雷电电流波形时，主变压器高压侧的雷电点上升和升压站距离逐渐减小。避雷针距升压站300m，过电压为800kV主变高压侧；避雷针距升压站1200m，过电压为600kV主变高压侧。当雷击架空线路后，雷电电流沿架空线路进入升压站。在沿电气线路传输过程中，过电压逐渐减小为零。随着线路长度的增加，过电压的衰减范围越来越明显。
5、杆塔冲击接地电阻的影响。研究了入侵波塔的冲击接地电阻，采用100kA雷电电流幅值的计算方法，计算了入侵波塔的冲击接地电阻。侵入波塔冲击接地电阻按主变20、15、10、5Ω高低压计算。计算结果表明：钢管塔的冲击接地电阻随损耗的减小而减小；主变压器高低压侧过电压随冲击塔接地电阻的减小而减小，由于线路防雷等级小于100kA，在5～20Ω范围内，对杆塔接地电阻的影响可能导致事故，且两侧主变压器电压变化不大。
三、雷电侵入波防护措施
主变压器是河源升压站最重要的设备之一。主变压器两侧过电压按不同因素分析防雷措施[1]。20kv系统中避雷器的标称放电电流通常为10ka。分析表明，当雷电电流小于100ka时，避雷器和主变压器的电压不超过标准值。但流经主变压器高压侧避雷器的电流为12ka，超过避雷器标称放电电流和避雷器阀板吸收的能量（J）为：
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由公式可知，避雷器的吸收能量由避雷器上的残余压力和通过避雷器的电流决定。当通过避雷器的电流过大时，避雷器吸收的能量可能超过标准而损坏。因此，通过避雷器的电流应该受到限制。主变压器与母线之间可考虑设一组并联避雷器，第一基塔上可设一组线路避雷器，且此处并联避雷器对工频电压和电流均无影响。100 kA雷电流幅值，考虑最坏的情况下，即闪电基塔在1号线附近，计算电流前后添加避雷器电流大小在主变压器高压终端避雷器，计算结果表明，添加一个避雷器保护、主变压器高压侧是最接近的雷声发电对kA 2×1到6 kA，为了进一步减少流过的电流，可以考虑在主变压器和母线上安装几组避雷器，以满足通过避雷器的电流小于标称放电电流的要求。
结论
当架空线路受到直接雷击时，雷击点离升压站越近，侵入波在主变压器上形成的过电压就越大。当雷击到第一基塔附近的线路或第一基杆上的避雷器线路时，在主变压器上形成的过电压最大。
在主变压器线端第一个基塔上安装一组避雷器，可以减少通过主变压器高压侧避雷器的电流。如果一组避雷器不能满足要求，可以安装多组避雷器，限制通过避雷器的电流。
闪电的阻力水平可以通过降低杆塔的冲击接地电阻和增加近变电站区域内杆塔上绝缘子的片数来提高线路的耐雷水平，防止反击雷侵入波对站内设备构成威胁和防止counterlightning入侵的威胁波及电站的设备。
参考文献：
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