论文题目：紧凑型GIS变电站雷电过电压及防护研究
摘要：同塔双回紧凑型GIS变电站具有节省线路走廊、减少占地,满足大型负荷用电需求等优势成为国内外学者的研究热点。与传统变电站不同,紧凑型GIS变电站占地更小,设备布置紧凑,控制设备高度集成化,对强电磁环境更敏感。雷电是自然界中最常见的强电磁环境,雷电过电压可能造成变电站关键设备损坏,威胁电力系统的稳定运行。本文对220kV同塔双回紧凑型GIS变电站面临的直击雷侵入波过电压、感应雷过电压与雷击站内建筑电缆耦合过电压分别展开了研究。基于ATP-EMTP建立同塔双回紧凑型GIS变电站雷电侵入波模型,通过控制变量法研究侵入波影响因素,仿真结果表明,雷击距变电站最近杆塔侵入波幅值最高,侵入波幅值随杆塔冲击电阻增大呈线性增大,侵入波峰值随雷电流增大总体呈上升趋势。研究了变电站雷电侵入波防护方案,在双回线进线侧和变压器侧配置避雷器为最优配置方案,确定变电站雷电冲击绝缘水平为540kV。基于朴素贝叶斯网络法建立了 GIS变电站关键设备雷电侵入波绝缘预警模型,提取雷电侵入波的雷电流幅值、落雷杆塔和雷击形式特征参数。在参数完备、部分参数缺失和部分参数错误情况下评估变电站关键设备的绝缘情况,与仿真结果相匹配,具有一定的工程指导意义。基于MODELS语言在ATP-EMTP中建立变电站进线段线路Bergeron模型,根据C-R公式近似计算雷电电磁场,通过Agrawal模型计算场线耦合。进线段感应雷模型主要由雷电流参数、落雷距离、架空线高度决定。落雷距离d与感应雷幅值U近似成反比,架空线高度h、雷电流幅值I与感应雷幅值U成正比。通过线性拟合法,得到感应雷过电压定量关系。研究了在变电站进线段侧配置三相避雷器的感应雷防护方案,将线路上感应过电压幅值限制到575.8kV,低于绝缘子闪络电压。研究变电站四避雷针防护方案,利用折线法和滚球法计算保护范围,得出变电站站内建筑存在雷电直击风险。基于CST建立雷击变电站建筑模型,研究雷击建筑雷电电磁脉冲与电缆的耦合响应,仿真结果表明,户内电缆耦合响应幅值均小于户外,水平布置电缆上过电压幅值随距地面高度升高而增大,随着电缆长度增加,感应过电压幅值增加。设计了电缆感应过电压防护方案,将二次系统布置在室内能够有效降低线路耦合响应,缩短电缆的长度,可以在保证良好的传输效果同时抑制感应过电压大小。采用了多芯电缆降低感应过电压幅值、减少线路数量、优化变电站空间布局。对于关键设备采用屏蔽电缆、增加屏蔽网、加装浪涌防护器件进行重点保护。
关键词：紧凑型GIS变电站;雷电侵入波;朴素贝叶斯;雷电电磁脉冲;防雷措施
学科专业：电气工程（专业学位）
摘要
Abstract
1 绪论
1.1 课题的背景与意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 紧凑型GIS变电站研究现状
1.2.2 紧凑型GIS变电站雷电过电压的几种形式
1.2.3 本文的主要创新点
1.3 本文主要的研究工作
2 紧凑型GIS变电站雷电侵入波过电压及防护
2.1 紧凑型GIS变电站侵入波过电压计算模型
2.1.1 雷电流参数及仿真模型
2.1.2 架空输电线路模型及参数
2.1.3 紧凑型变电站及变电站内关键设备模型
2.2 紧凑型GIS变电站雷电侵入波过电压仿真分析
2.2.1 落雷杆塔的影响
2.2.2 雷电流幅值的影响
2.2.3 杆塔冲击接地电阻的影响
2.2.4 紧凑型GIS变电站雷电侵入波防护研究
2.3 基于朴素贝叶斯网络的雷击变电站侵入波绝缘预警定位与防护效果评估
2.3.1 朴素贝叶斯网络原理
2.3.2 基于朴素贝叶斯网络的雷击变电站侵入波绝缘预警模型建立
2.3.3 雷击变电站侵入波绝缘预警模型验证
2.4 本章小结
3 紧凑型GIS变电站系统感应雷过电压研究
3.1 地闪回击电磁场计算
3.2 空间电磁场与架空线路的耦合模型
3.3 输电线路等效模型
3.4 紧凑型GIS变电站系统感应雷过电压影响因素
3.4.1 落雷点距架空线距离对感应电压的影响
3.4.2 架空线高度对感应电压的影响
3.4.3 不同雷电流幅值对感应过电压的影响
3.4.4 紧凑型GIS变电站系统感应雷过电压防护研究
3.5 本章小结
4 紧凑型GIS变电站防雷设计及雷击建筑雷电耦合分析
4.1 紧凑型GIS变电站防雷设计
4.1.1 根据折线法计算四根避雷针联合保护范围
4.1.2 根据滚球法计算四根避雷针联合保护范围
4.2 雷击站内建筑时建筑内部雷电电磁环境及场线耦合研究
4.2.1 建筑物雷电冲击模型建立
4.2.2 雷击建筑时雷电电磁脉冲对建筑内电缆的耦合作用
4.2.3 电缆对雷电电磁脉冲耦合作用影响因素分析
4.2.4 变电站雷电感应过电压防护
4.3 本章小结
5 结论与展望
5.1 结论
5.2 展望
致谢
参考文献