CN105024372A - 一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法及装置，方法包括以下过程：对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析，确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系；对避雷器布置位置进行优化，降低被保护变电站设备上的过电压值；装置包括设置在杆塔上的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子，以及并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中的避雷器。本发明通过对避雷器布置位置进行优化，最大程度的降低了被保护变电站设备上的过电压值。

Description

一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种敞开式变电站雷电侵入保护技术，具体地说是一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法及装置。

背景技术

雷击是影响输电线路安全可靠运行的主要危害因素之一，雷害事故一般占电力系统事故40％～70％，当输电线路受到雷击以后，雷电波随着线路侵入变电站，对变电站内设备的绝缘带来巨大威胁。

对于采用架空进线的户外变电站来说，为防止侵入波过电压的影响，一般在进线侧安装避雷器进行防护。另外，考虑到变电站主接线的特点，进线避雷器(MOV)与线路电压互感器(CVT)往往需要组合布置，现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式如图1所示。图1所示的布置形式在安装工艺上易于实现，接线也美观，因而在工程建设中得到广泛的应用。考察这类布置方式，可找到一个共同点，避雷器均以T形并联在雷电回路中，当雷电侵入波由线路侵入变电站时，避雷器动作从而起到对站内设备保护的目的。

然而，这种T形的布置，造成从线路引下点至避雷器有一段连接导线，在正常运行时，该段导线很短，电阻值很小在电气分析上可以忽略不计。但是雷电侵入波是一种的波头陡(标准雷电波形为1.2/50μs)、频率高、波长短的高频激励源。根据波的传播原理，高频激励不能用常规的欧姆定律分析电路，需要采用传输线模拟连接导线，运用波的折反射理论分析各个电气设备上的响应。

目前关于避雷器的安装布置的研究，更多关注的是避雷器距离被保护设备电气距离的远近，从电气距离的角度分析，避雷器只要在同一点接入雷电侵入波的路径，电气距离都是一样的，没有考虑到避雷器接入回路的方式对保护效果的影响。然而，从雷电侵入波的折反射角度考虑，避雷器采用T形并联在回路中，必然会在避雷器引下线上产生折反射过程，该过程会对避雷器的保护效果产生不利影响，从而可能对变电站内设备造成损害。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明提供了一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法及装置,其提出了一种新的避雷器布置方式，能够降低敞开式变电站的雷电侵入波过电压，避免变电站内设备遭到雷击损害。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，其特征是，包括以下过程：

对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析，确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系；

对避雷器布置位置进行优化，降低被保护变电站设备上的过电压值。

优选地，所述现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式为将避雷器通过引下线接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上。

优选地，所述对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程包括以下步骤：

根据行波传输理论可得，雷电波在导线上的传播关系式表示为：

$\left\{\begin{array}{c}u=u_q+u_f\\ i=i_q+i_f\\ \frac{u_q}{i_q}=Z\\ \frac{u_f}{i_f}=-Z\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：u为导线上的电压值，u_q为入射波电压，u_f为反射波电压，i为流过导线的电流，i_q为入射电流，i_f为反射电流，Z为导线波阻抗；

为了简化避雷器引下线对侵入波过电压影响的分析过程，做出如下假定：

1)雷电流为一个斜角波I＝at；

2)连接导线的波阻抗均相等；

3)暂不考虑电容器的影响；

4)避雷器引下点A到避雷器C距离为l₁,A点到变电站设备B距离为l₂，l₂>l₁；

t₁时刻，雷电流到达A点，由于AB段和AC段波阻抗相等，因而进入两段导线雷电流大小相等；假设t₁时刻为零时刻，流过线路AB、AC上的电流为：

$I_{1q}=I_{2q}=\frac{1}{2}at---\left(2\right)$

式中：U_1q为传输线AB段的入射波电压，U_2q为传输线AC段的入射波电压，a斜角波的斜率，t为雷电波的作用时间；

则对应传输线AB段和AC段的入射波电压为：

$U_{1q}=U_{2q}=\frac{1}{2}at\·Z---\left(3\right)$

式中：U_1q为传输线AB段的入射波电压，U_2q为传输线AC段的入射波电压，a斜角波的斜率，t为入射波的作用时间，Z为导线波阻抗；

当t₂时刻雷电流到达避雷器时，避雷器上的电压超过其动作电压，避雷器动作，根据避雷器的伏安特性曲线，动作点处避雷器阻值等效于一个电阻，

动作后避雷器上的残压为U_C，C点电压U的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}U=U_{2q}+U_{2f}\\ U=U_C\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中：U为导线AC上的实际电压，U_2f为AC上的反射波电压，U_C为避雷器上的残压；

则AC上的反射波电压为：

$U_{2f}=U_C-\frac{1}{2}a(t-t_2)\·Z(t\≥t_2)---\left(5\right)$

式中：U_2f为AC上的反射波电压，a为斜角波的斜率，t为入射波的作用时间，t₂为入射波到达避雷器的时间，Z为导线波阻抗；

此时相当于从避雷器发出了一个幅值为的反行波，假设该反行波在t₃时刻到达A点，则A点电压的表达式为：

$U_A=U_{2q}+U_{2f}=U_C+\frac{1}{2}a\left(t_3-t_2\right)\·Z---\left(6\right)$

式中：U_2q为入射波电压，U_2f为反射波电压，U_A为A点实际电压，U_C为避雷器上的残压，t₂为入射波到达避雷器的时间，t₃为反射波到达A点的时间；

t₃与t₂的关系式为：

$t_3-t_2=2\frac{l_1}{v}---\left(7\right)$

式中：t₂为入射波到达避雷器的时间，t₃为反射波到达A点的时间，l₁为AC段距离，v为波速度，

根据式(6)和式(7)可得：

$U_A=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(8\right)$

式中：U_A为A点实际电压，U_C为避雷器上的残压，l₁为AC段距离，v为波速度，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

当t₄时刻雷电流到达变电站设备B端，B端的电压为：

$U_B=\frac{1}{2}a(t-t_4)\·Z---\left(9\right)$

式中：U_B为B端电压，t为入射波的作用时间，t₄为前行波到达B端时间，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

在t₅时刻，由C点产生的反行波到达变电站设备B时，可得B端的电压为：

$U_B=+\frac{1}{2}a(t_5-t_4)\·Z=U_c+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(10\right)$

式中：U_B为B端电压，U_C为避雷器上的残压，t₄为前行波到达B端时间，t₅为C点产生的反行波到达B端的时间，l₁为AC段距离，v为波速度，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

被保护的变电站设备上的过电压值为：

$U_B=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(11\right)$

式中：U_B为变电站设备上的电压，U_C为避雷器上的残压，l₁为AC段距离，v为波速度，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

通过式(8)和式(11)可得，侵入变电站的电压幅值与避雷线引下点的电压幅值相同；

确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系为：采用进线避雷器防范雷电侵入波过电压时，避雷器引线的距离对侵入波过电压的幅值与避雷器引线长度呈线性关系，同时也与雷电波的陡度以及引线波阻抗有关。

优选地，根据式(11)可知，将避雷器直接接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上，使避雷器引下点A到避雷器C距离l₁为零时，最大程度的降低了被保护变电站设备上的过电压值。

优选地，由于电力系统是三相系统，某一相雷电波随导线侵入变电站时，其余两相导线的互阻抗将降低侵入波的幅值和陡度，为了简化分析过程，在对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程仅对落雷相设备及连接导线进行分析，不考虑另外两相的影响。

本发明还提供了一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的装置，包括设置在杆塔上的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子，所述的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子通过跳线连接，其特征是，还包括避雷器，所述避雷器并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中。

进一步地，还包括电压互感器，所述电压互感器并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中。

优选地，所述避雷器采用MOV避雷器。

本发明运用侵入波的折反射理论，定量给出常规的T形布置引线长度对侵入波过电压的影响的计算方法，并应用该计算方法提出了一种优化避雷器布置方式、降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的措施。

本发明的有益效果如下：

本发明通过对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析，确定了采用进线避雷器防范雷电侵入波过电压时被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系：避雷器引线的距离对侵入波过电压的幅值与避雷器引线长度呈线性关系，同时也与雷电波的陡度以及引线波阻抗有关。通过将避雷器直接接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上，使避雷器引下点到避雷器的距离为零来对避雷器布置位置进行优化，最大程度的降低了被保护变电站设备上的过电压值。

本发明提出了一种新型的敞开式变电站进线避雷器布置形式，让避雷器直接并入进线回路而非通过引下线并入进线回路，通过将避雷器直接接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上，使避雷器引下点到避雷器的距离为零来对避雷器布置位置进行优化，最大程度的降低了被保护变电站设备上的过电压值。与现有的“T”形布置方式相比，具有以下特点：(1)取消常规布置时线路侧和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线；(2)线路侧、变电站侧的引下线直接连接到避雷器、线路电压互感器；(3)避雷器直接的而非通过引下线并入雷电侵入波的通路中，避雷器引线长度为0。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明：

图1是现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的“T”形布置方式示意图。

图2是本发明的敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式的示意图；

图3是现有“T”形布置方式的侵入波进入变电站内的传输路径示意图；

图4是现有“T”形布置方式的雷电波在AC段导线上传播示意图；

图5是被保护变电站设备上的过电压值与避雷器引线长度的关系示意图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图2所示，本发明的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的装置，它包括设置在杆塔上的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子，所述的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子通过跳线连接；还包括MOV避雷器和电压互感器(CVT)，所述MOV避雷器并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中，所述电压互感器并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中。

本发明的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，它包括以下过程：

对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析，确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系；

对避雷器布置位置进行优化，降低被保护变电站设备上的过电压值。

优选地，所述现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式为将避雷器通过引下线接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上。

优选地，所述对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程包括以下步骤：

根据行波传输理论可得，雷电波在导线上的传播关系式表示为：

$\left\{\begin{array}{c}u=u_q+u_f\\ i=i_q+i_f\\ \frac{u_q}{i_q}=Z\\ \frac{u_f}{i_f}=-Z\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：u为导线上的电压值，u_q为入射波电压，u_f为反射波电压，电压单位为V；i为流过导线的电流，i_q为入射电流，i_f为反射电流，电流单位为A；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

如图3所示，为了简化避雷器引下线对侵入波过电压影响的分析过程，做出如下假定：

1)雷电流为一个斜角波I＝at；

2)连接导线的波阻抗均相等；

3)暂不考虑电容器的影响；

4)避雷器引下点A到避雷器C距离为l₁，A点到变电站设备B距离为l₂，l₂>l₁；

t₁时刻，雷电流到达A点，由于AB段和AC段波阻抗相等，因而进入两段导线雷电流大小相等；假设t₁时刻为零时刻，流过线路AB、AC上的电流为：

$I_{1q}=I_{2q}=\frac{1}{2}at---\left(2\right)$

式中：U_1q为传输线AB段的入射波电压，U_2q为传输线AC段的入射波电压，电压单位为V；a斜角波的斜率，斜率单位为A/s；t为雷电波的作用时间，时间单位为s；

则对应传输线AB段和AC段的入射波电压为：

$U_{1q}=U_{2q}=\frac{1}{2}at\·Z---\left(3\right)$

式中：U_1q为传输线AB段的入射波电压，U_2q为传输线AC段的入射波电压，电压单位为V；a斜角波的斜率，斜率单位为A/s；t为入射波的作用时间，时间单位为s；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

如图4所示，当t₂时刻雷电流到达避雷器时，避雷器上的电压超过其动作电压，避雷器动作，根据避雷器的伏安特性曲线，动作点处避雷器阻值等效于一个电阻，

动作后避雷器上的残压为U_C，C点电压U的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}U=U_{2q}+U_{2f}\\ U=U_C\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中：U为导线AC上的实际电压，U_2f为AC上的反射波电压，U_C为避雷器上的残压，电压单位为V；

则AC上的反射波电压为：

$U_{2f}=U_C-\frac{1}{2}a(t-t_2)\·Z(t\≥t_2)---\left(5\right)$

式中：U_2f为AC上的反射波电压，电压单位为V；a为斜角波的斜率，斜率单位为A/s；t为入射波的作用时间，t₂为入射波到达避雷器的时间，时间单位为s；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

此时相当于从避雷器发出了一个幅值为的反行波，假设该反行波在t₃时刻到达A点，则A点电压的表达式为：

$U_A=U_{2q}+U_{2f}=U_C+\frac{1}{2}a\left(t_3-t_2\right)\·Z---\left(6\right)$

式中：U_2q为入射波电压，U_2f为反射波电压，U_A为A点实际电压，U_C为避雷器上的残压，电压单位为V；t₂为入射波到达避雷器的时间，t₃为反射波到达A点的时间，时间单位为s；

t₃与t₂的关系式为：

$t_3-t_2=2\frac{l_1}{v}---\left(7\right)$

式中：t₂为入射波到达避雷器的时间，t₃为反射波到达A点的时间，时间单位为s；l₁为AC段距离，距离单位为m；v为波速度，波速度单位为m/s；

根据式(6)和式(7)可得：

$U_A=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(8\right)$

式中：U_A为A点实际电压，U_C为避雷器上的残压，电压单位为V；l₁为AC段距离，距离单位为m；v为波速度，波速度单位为m/s；a为斜角波的斜率，斜率单位为A/s；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

由此可见，由于避雷线的引线影响，避雷线引下点的过电压幅值除了避雷器残压之外，增加了一个幅值为的分量，这是影响过电压大小的关键因素；

当t₄时刻雷电流到达变电站设备B端，B端的电压为：

$U_B=\frac{1}{2}a(t-t_4)\·Z---\left(9\right)$

式中：U_B为B端电压，t为入射波的作用时间，t₄为前行波到达B端时间，时间单位为s；a为斜角波的斜率，斜率单位为A/s；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

在t₅时刻，由C点产生的反行波到达变电站设备B时，可得B端的电压为：

$U_B=+\frac{1}{2}a(t_5-t_4)\·Z=U_c+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(10\right)$

式中：U_B为B端电压，U_C为避雷器上的残压，电压单位为V；t₄为前行波到达B端时间，t₅为C点产生的反行波到达B端的时间，时间单位为s；l₁为AC段距离，距离单位为m；v为波速度，波速度单位为m/s；a为斜角波的斜率，斜率单位为A/s；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

采用进线避雷器防范雷电侵入波过电压时，避雷器引线的距离对侵入波过电压具有重要影响，避雷器动作后，被保护的变电站设备上的过电压值为：

$U_B=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(11\right)$

式中：U_B为变电站设备上的电压，U_C为避雷器上的残压，电压单位为V；l₁为AC段距离，距离单位为m；v为波速度，波速度单位为m/s；a为斜角波的斜率，斜率单位为A/s；Z为导线波阻抗，阻抗单位为Ω；

通过式(8)和式(11)可得，侵入变电站的电压幅值与避雷线引下点的电压幅值相同；

确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系为：采用进线避雷器防范雷电侵入波过电压时，避雷器引线的距离对侵入波过电压的幅值与避雷器引线长度呈线性关系，同时也与雷电波的陡度以及引线波阻抗有关。

根据式(11)对避雷器布置位置进行优化，将避雷器直接接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上，使避雷器引下点A到避雷器C的距离l₁为零时，最大程度的降低了被保护变电站设备上的过电压值。

在对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程中，由于电力系统是三相系统，某一相雷电波随导线侵入变电站时，其余两相导线的互阻抗将降低侵入波的幅值和陡度，为了简化分析过程，在对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程仅对落雷相设备及连接导线进行分析，不考虑另外两相的影响。

下面通过EMTP仿真软件对本发明进行仿真计算。

按照典型500kV变电站的参数利用EMTP进行仿真分析，雷电流取标准的1.2/50μs双指数波，幅值为10kA。传输线波阻抗取370Ω，避雷器利用非线性电阻模拟，非线性电阻伏—安特性曲线如表1所示：

表1避雷器的伏安特性曲线

I/kA	U/kV
		1	880
3	940
		5	975
9	1035
		10	1045
20	1145
		30	1180
40	1220

各段连接线按工程实际情况进行考虑，避雷器引下点到变电站设备距离取40m，避雷器引线长度分别取4m、8m、12m、16m、20m，对应不同的引下线长度，仿真计算得到变电站内设备上的最大电压值与避雷器引线长度的对应关系如图5所示。

由图5可知，随着引线长度变化，侵入波过电压幅值与之呈线性关系，进行最小二乘拟合后得：U＝1.65×10⁴l+1.43×10⁶(V)。电压幅值U与引线长度l关系的比例系数为1.65×10⁴V/m。

根据上文的推导，设备上的电压过电压值与引线长度之间呈线性关系，比例系数为：计算雷电流波头斜率a＝8.3×10⁹A/s，雷电波在导线上的传播速度v取2.6×10⁸m/s，代入计算得：仿真计算得到的比例系数与理论分析结果较为接近，可以支持理论分析的结论。同时可以看到，由于该比例系数在10kV/m的量级，每降低1m的引线长度将降低10kV左右的过电压值，因而缩短避雷器引线长度对降低变电站侵入波过电压水平效果显著。

根据以上的分析结果，被保护设备上的过电压与避雷器接入回路的方式是密切相关的，当采用常规T形布置时，由于避雷器引下线的存在，必然会造成变电站侧电压的升高，为解决这个问题，提出了一种“一”形安装的避雷器布置方案，如图2所示。

本发明的布置方式具有以下特点：

(1)取消常规布置时线路侧和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线；

(2)线路侧、变电站侧的引下线直接连接到避雷器、线路电压互感器；

(3)避雷器直接的而非通过引下线并入雷电侵入波的通路中，避雷器引线长度为0。

由于避雷器直接接入雷电侵入波的通路中，取消了引下线，当雷电侵入波进入时，避雷器直接动作，没有引下线的折反射过程，根据公式(11)，变电站侧电压即为避雷器残压：即U_B＝U_C；以某500kV变电站设计中提供的避雷器布置方案提供的具体参数，在仿真计算的基础上，同时考虑变电站内其他设备的影响，分别验算进线避雷器常规布置与新型形布置，当雷击杆塔发生反击时，变电站内各设备上的过电压如表2所示。

表2不同布置形式时各设备上的最大电压对比

计算表明，避雷器的布置形式对设备上过电压影响巨大。进线避雷器与电压互感器采用“一”形布置时，可降低电压互感器9.6％的过电压水平，断路器上9.13％的过电压水平。

本发明给出了敞开式变电站进线避雷器常规布置时，站内设备上的过电压值与避雷线的引线长度大致呈线性关系，其计算公式为：

$U=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z.$

本发明提出的一种敞开式变电站新型的进线避雷器布置形式，避雷器直接并入进线回路而非通过引下线并入进线回路。根据EMTP仿真计算结果，可降低500kV变电站电压互感器9.6％的过电压水平，同时站内其他设备上的过电压水平也可降低6％—9％。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，其特征是，包括以下过程：

对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析，确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系；

对避雷器布置位置进行优化，降低被保护变电站设备上的过电压值。

2.根据权利要求1所述的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，其特征是，所述现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式为将避雷器通过引下线接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上。

3.根据权利要求2所述的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，其特征是，所述对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程包括以下步骤：

根据行波传输理论可得，雷电波在导线上的传播关系式表示为：

$\left\{\begin{array}{c}u=u_q+u_f\\ i=i_q+i_f\\ \frac{u_q}{i_q}=Z\\ \frac{u_f}{i_f}=-Z\end{array}\right.---\left(1\right)$

式中：u为导线上的电压值，u_q为入射波电压，u_f为反射波电压，i为流过导线的电流，i_q为入射电流，i_f为反射电流，Z为导线波阻抗；

为了简化避雷器引下线对侵入波过电压影响的分析过程，做出如下假定：

1)雷电流为一个斜角波I＝at；

2)连接导线的波阻抗均相等；

3)暂不考虑电容器的影响；

4)避雷器引下点A到避雷器C距离为l₁，A点到变电站设备B距离为l₂，l₂>l₁；

t₁时刻，雷电流到达A点，由于AB段和AC段波阻抗相等，因而进入两段导线雷电流大小相等；假设t₁时刻为零时刻，流过线路AB、AC上的电流为：

$I_{1q}=I_{2q}=\frac{1}{2}at---\left(2\right)$

式中：U_1q为传输线AB段的入射波电压，U_2q为传输线AC段的入射波电压，a斜角波的斜率，t为雷电波的作用时间；

则对应传输线AB段和AC段的入射波电压为：

$U_{1q}=U_{2q}=\frac{1}{2}at\·Z---\left(3\right)$

式中：U_1q为传输线AB段的入射波电压，U_2q为传输线AC段的入射波电压，a斜角波的斜率，t为入射波的作用时间，Z为导线波阻抗；

当t₂时刻雷电流到达避雷器时，避雷器上的电压超过其动作电压，避雷器动作，根据避雷器的伏安特性曲线，动作点处避雷器阻值等效于一个电阻，

动作后避雷器上的残压为U_C，C点电压U的表达式为：

$\left\{\begin{array}{c}U=U_{2q}+U_{2f}\\ U=U_C\end{array}\right.---\left(4\right)$

式中：U为导线AC上的实际电压，U_2f为AC上的反射波电压，U_C为避雷器上的残压；

则AC上的反射波电压为：

$U_{2f}=U_C-\frac{1}{2}a(t-t_2)\·Z(t\≥t_2)---\left(5\right)$

式中：U_2f为AC上的反射波电压，a为斜角波的斜率，t为入射波的作用时间，t₂为入射波到达避雷器的时间，Z为导线波阻抗；

此时相当于从避雷器发出了一个幅值为的反行波，假设该反行波在t₃时刻到达A点，则A点电压的表达式为：

$U_A=U_{2q}+U_{2f}=U_C+\frac{1}{2}a\left(t_3-t_2\right)\·Z---\left(6\right)$

式中：U_2q为入射波电压，U_2f为反射波电压，U_A为A点实际电压，U_C为避雷器上的残压，t₂为入射波到达避雷器的时间，t₃为反射波到达A点的时间；

t₃与t₂的关系式为：

$t_3-t_2=2\frac{l_1}{v}---\left(7\right)$

式中：t₂为入射波到达避雷器的时间，t₃为反射波到达A点的时间，l₁为AC段距离，v为波速度，

根据式(6)和式(7)可得：

$U_A=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(8\right)$

式中：U_A为A点实际电压，U_C为避雷器上的残压，l₁为AC段距离，v为波速度，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

当t₄时刻雷电流到达变电站设备B端，B端的电压为：

$U_B=\frac{1}{2}a(t-t_4)\·Z---\left(9\right)$

式中：U_B为B端电压，t为入射波的作用时间，t₄为前行波到达B端时间，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

在t₅时刻，由C点产生的反行波到达变电站设备B时，可得B端的电压为：

$U_B=+\frac{1}{2}a(t_5-t_4)\·Z=U_c+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(10\right)$

式中：U_B为B端电压，U_C为避雷器上的残压，t₄为前行波到达B端时间，t₅为C点产生的反行波到达B端的时间，l₁为AC段距离，v为波速度，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

被保护的变电站设备上的过电压值为：

$U_B=U_C+a\·\frac{l_1}{v}\·Z---\left(11\right)$

式中：U_B为变电站设备上的电压，U_C为避雷器上的残压，l₁为AC段距离，v为波速度，a为斜角波的斜率，Z为导线波阻抗；

通过式(8)和式(11)可得，侵入变电站的电压幅值与避雷线引下点的电压幅值相同；

确定被保护变电站设备上的过电压值与避雷器布置位置的关系为：采用进线避雷器防范雷电侵入波过电压时，避雷器引线的距离对侵入波过电压的幅值与避雷器引线长度呈线性关系，同时也与雷电波的陡度以及引线波阻抗有关。

4.根据权利要求3所述的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，其特征是，根据式(11)可知，将避雷器直接接入到连接变电站架空进线侧耐张绝缘子与变电站侧耐张绝缘子的跳线上，使避雷器引下点A到避雷器C距离l₁为零时，最大程度的降低了被保护变电站设备上的过电压值。

5.根据权利要求3所述的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的方法，其特征是，由于电力系统是三相系统，某一相雷电波随导线侵入变电站时，其余两相导线的互阻抗将降低侵入波的幅值和陡度，为了简化分析过程，在对现有敞开式变电站的架空进线侧加装避雷器保护的布置方式进行分析的过程仅对落雷相设备及连接导线进行分析，不考虑另外两相的影响。

6.一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的装置，包括设置在杆塔上的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子，所述的变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子通过跳线连接，其特征是，还包括避雷器，所述避雷器并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中。

7.根据权利要求6所述的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的装置，其特征是，还包括电压互感器，所述电压互感器并入连接在变电站架空进线侧耐张绝缘子和变电站侧耐张绝缘子之间的跳线线路中。

8.根据权利要求6或7所述的一种降低敞开式变电站雷电侵入波过电压的装置，其特征是，所述避雷器采用MOV避雷器。