CN109086477B - 一种在vsc直流换流站防护雷电侵入波的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法和装置，所述方法通过对VSC直流换流站的主接线图、设备参数、导线和杆塔进行电磁暂态计算模型，能准确计算所述换流站在出现反击和绕击时，雷电侵入波过电压在各个设备上的过电压分布，以及相应避雷器上能量的幅值，并根据计算出的过电压提出对应的防护方案，所述防护方案包括调整避雷器柱数、避雷器的布置位置等，对提高VSC换流站雷电防护能力及优化设计水平有重要的应用价值。

Description

一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法和装置
技术领域
本发明涉及电网安全与保护领域,并且更具体地，涉及一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法和装置。
背景技术
传统直流输电又称为电流源换流器高压直流输电(CSC-HVDC)，凭借其在远距离大容量输电和电网互联方面的优势，已成为我国西电东送和北电南送的主要输电方式。但因为CSC-HVDC使用半控型电力电子器件晶闸管作为换流原件，存在明显的缺点，主要表现为：完全依赖交流电网运行，存在换相失败问题，缺少运行独立性。以全控型器件为基础的电压源换流器高压直流输电(VSC-HVDC)，恰好能弥补CSC-HVDC的主要缺点，其主要优点为：不依赖交流电网运行，没有换相失败问题，不需要或仅需要少量无功补偿设备，有功和无功功率可以在四象限运行。相比于CSC-HVDC，其不足主要是容量和电压等级仍较小，运行损耗较大等。因此，可结合CSC-HVDC和VSC-HVDC，对现有的高压直流输电受端CSC进行VSC改造，构成CSC-VSC混合直流输电，有效提升受端电网的灵活性和电压稳定性。
对于已有VSC换流站，一般采用电缆进行换流站间能量的传输，雷电过电压在绝缘配合中不起主要作用。但是针对CSC换流改造来的VSC换流站，只能采用已有的架空线结构，故雷电过电压在绝缘配合中需要重点考虑。
发明内容
为了解决现有技术中存在的经CSC改造后的VSC直流换流站无法有效防护雷电侵入波的技术问题，本发明提供了一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法，所述方法包括：
根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型；
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型；
对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络；
对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
根据所述VSC直流换流站的电磁暂态计算模型、直流线路杆塔的电磁暂态计算模型、模拟的绝缘子串闪络和雷电参数计算VSC直流换流站设备上的雷电过电压最大值，并结合每个设备的雷电冲击耐受电压确定设备的绝缘裕度，其中，所述绝缘裕度包括内绝缘裕度和外绝缘裕度；
当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压。
进一步地，根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型包括：
将VSC直流换流站的部分设备用冲击入口电容进行模拟，所述设备包括接地开关、隔离开关、支柱绝缘子、电流互感器、电压互感器和电抗器；
避雷器根据其伏安特性曲线采用分段线性模拟；
设备间的连接采用分布参数导线模型，利用波阻抗进行模拟。
进一步地，根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型包括：
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路的导线、地线和接地极线的型号、布置方式建立线路模型；
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的杆塔的结构和布置方式建立杆塔模型，其中，所述杆塔的横担和塔身采用波阻抗进行模拟。
进一步地，所述第一设定值是2千米。
进一步地，所述杆塔模型采用多波阻抗进行模拟，其根据雷电侵入波在杆塔上的行进、杆塔的自身结构以及杆塔不同高度对地电容的变化，将杆塔分成若干个部分，并且杆塔模型中的横担、主材和斜材的波阻抗值均根据实际杆塔尺寸计算。
进一步地，对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络是采用相交法，将所述杆塔的绝缘子串上的电压波形和雷电标准波下的伏秒特性进行比较，当绝缘子串上的两端电压与伏秒特性曲线相交即判断为闪络，不相交则不发生闪络。
进一步地，对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值包括：
将216kA作为反击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
根据杆塔的参数和导线布置方式建立电气几何模型确定最大的绕击电流，并将所述最大绕击电流作为绕击侵入波过电压计算中雷电流幅值。
进一步地，当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压包括：
根据VSC直流换流站所有设备上的过电压、在过电压作用下避雷器流过的电流和能量以及每柱避雷器允许通过的电流和能量，确定在VSC直流换流站入口处需增加的避雷器柱数；计算位于VSC直流换流站与出线之间的平波电抗器上的过电压，当所述平波电抗器两端的过电压超过其耐受值，在VSC直流换流站的平波电抗器上并联避雷器；
将避雷器靠近被保护设备。
进一步地，所述第二设定值是15％，所述第三设定值是5％。
根据本发明的另一方面，本发明提供一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的装置，所述装置包括：
模型建立单元，其用于根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型，以及根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型；
参数模拟单元，其用于对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络以及对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
计算单元，其用于根据所述VSC直流换流站的电磁暂态计算模型、直流线路杆塔的电磁暂态计算模型、模拟的绝缘子串闪络和雷电参数计算VSC直流换流站设备上的雷电过电压最大值，并结合每个设备的雷电冲击耐受电压确定设备的绝缘裕度，其中，所述绝缘裕度包括内绝缘裕度和外绝缘裕度；
避雷器调整单元，其用于当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压。
进一步地，所述模型建立单元包括：
设备模型单元，其用于将VSC直流换流站的部分设备用冲击入口电容进行模拟，所述设备包括接地开关、隔离开关、支柱绝缘子、电流互感器、电压互感器和电抗器；
避雷器模型单元，其用于根据避雷器伏安特性曲线对避雷器进行分段线性模拟；
连接模型单元，其采用分布参数导线模型来表示设备间的连接，利用波阻抗进行模拟。
线路模型单元，其用于根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路的导线、地线和接地极线的型号、布置方式建立线路模型；
杆塔模型单元，其用于根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的杆塔的结构和布置方式建立杆塔模型，其中，所述杆塔的横担和塔身采用波阻抗进行模拟。
进一步地，所述第一设定值是2千米。
进一步地，所述杆塔模型单元采用多波阻抗进行模拟，其根据雷电侵入波在杆塔上的行进、杆塔的自身结构以及杆塔不同高度对地电容的变化，将杆塔分成若干个部分，并且杆塔模型中的横担、主材和斜材的波阻抗值均根据实际杆塔尺寸计算。
进一步地，避雷器调整单元包括：
第一调整单元，其用于根据VSC直流换流站所有设备上的过电压、在过电压作用下避雷器流过的电流和能量以及每柱避雷器允许通过的电流和能量，确定在VSC直流换流站入口处需增加的避雷器柱数；
第二调整单元，其用于计算位于VSC直流换流站与出线之间的平波电抗器上的过电压，当所述平波电抗器两端的过电压超过其耐受值，在VSC直流换流站的平波电抗器上并联避雷器；第三调整单元，其用于将避雷器靠近被保护设备。
进一步地，所述第二设定值是15％，所述第三设定值是5％。
本发明技术方案提供的VSC直流换流站防护雷电波侵入的方法和装置通过对VSC直流换流站、导线和杆塔进行电磁暂态计算模型，能准确计算所述换流站在出现反击和绕击时，雷电侵入波过电压在各个设备上的过电压分布，以及相应避雷器上能量的幅值，并提出对应的防护方案，对提高VSC换流站雷电防护能力及优化设计水平有重要的应用价值。
附图说明
通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：
图1为根据本发明优选实施方式的在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法的流程图；
图2为根据本发明优选实施方式的VSC直流换流站平波电抗器的计算模型示意图；
图3为根据本发明优选实施方式的与VSC直流换流站连接的直流线路杆塔的计算模型示意图；
图4为根据本发明优选实施方式的判断绝缘子串闪络的相交法的原理示意图；
图5为根据本发明优选实施方式的VSC直流换流站避雷器调整示意图；
图6为根据本发明优选实施方式的在VSC直流换流站防护雷电侵入波装置的结构示意图。
具体实施方式
现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。
除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。
图1为根据本发明优选实施方式的在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法的流程图。如图1所示，本发明所述在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法100从步骤101开始。
在步骤101，根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型；
在步骤102，根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型；
在步骤103，对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络；
在步骤104，对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
在步骤105，根据所述VSC直流换流站的电磁暂态计算模型、直流线路杆塔的电磁暂态计算模型、模拟的绝缘子串闪络和雷电参数计算VSC直流换流站设备上的雷电过电压最大值，并结合每个设备的雷电冲击耐受电压确定设备的绝缘裕度，其中，所述绝缘裕度包括内绝缘裕度和外绝缘裕度；
在步骤106，当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压。
优选地，根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型包括：
将VSC直流换流站的部分设备用冲击入口电容进行模拟，所述设备包括接地开关、隔离开关、支柱绝缘子、电流互感器、电压互感器和电抗器。根据设备的具体情况，其入口电容一般为100至300pF。图2为根据本发明优选实施方式的VSC直流换流站平波电抗器的计算模型示意图。如图2所示，由于平波电抗器串联在电路中，除了电抗器对地的电容C1，还需要考虑电抗器两端之间的电容C2。
避雷器根据其伏安特性曲线采用分段线性模拟；
设备间的连接采用分布参数导线模型，利用波阻抗进行模拟。
优选地，根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型包括：
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路的导线、地线和接地极线的型号、布置方式建立线路模型；
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的杆塔的结构和布置方式建立杆塔模型，其中，所述杆塔的横担和塔身采用波阻抗进行模拟。
优选地，所述第一设定值是2千米。
优选地，所述杆塔模型采用多波阻抗进行模拟。图3为根据本发明优选实施方式的与VSC直流换流站连接的直流线路杆塔的计算模型示意图。如图3所示，杆塔模型根据雷电侵入波在杆塔上的行进、杆塔的自身结构以及杆塔不同高度对地电容的变化，将杆塔分成若干个部分，并且杆塔模型中的横担、主材和斜材的波阻抗值均根据实际杆塔尺寸计算。
优选地，对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络是采用相交法。图4为根据本发明优选实施方式的判断绝缘子串闪络的相交法的原理示意图。如图4所示，将所述杆塔的绝缘子串上的电压波形和雷电标准波(1.2/50微秒)下的伏秒特性U(t)进行比较，当绝缘子串上的两端电压与伏秒特性曲线相交即判断为闪络，不相交则不发生闪络。
优选地，对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值包括：
将216kA作为反击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
根据杆塔的参数和导线布置方式建立电气几何模型确定最大的绕击电流，并将所述最大绕击电流作为绕击侵入波过电压计算中雷电流幅值。当雷电流幅值大于最大绕击电流时，雷或击于避雷线，或击于地面而不会击中导线，亦即不会发生绕击，故在计算绕击时雷电侵入波过电压的过程中，雷电流的幅值取最大绕击电流。
优选地，当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压包括：
根据VSC直流换流站所有设备上的过电压、在过电压作用下避雷器流过的电流和能量以及每柱避雷器允许通过的电流和能量，确定在VSC直流换流站入口处需增加的避雷器柱数；
计算位于VSC直流换流站与出线之间的平波电抗器上的过电压，当所述平波电抗器两端的过电压超过其耐受值，在VSC直流换流站的平波电抗器上并联避雷器；将避雷器靠近被保护设备。
优选地，所述第二设定值是15％，所述第三设定值是5％。
图5为根据本发明优选实施方式的VSC直流换流站避雷器调整示意图。在VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案下，计算VSC直流换流站各设备上的雷电侵入波的最大值，然后与考虑海拔修正后的设备雷电冲击耐受电压对比，计算设备的绝缘裕度。按照要求，一般运行方式下设备内绝缘裕度不低于15％，外绝缘裕度不低于5％。当设备的绝缘裕度不符合要求时，进行避雷器配置的调整以进一步限制直流换流站内设备的雷电侵入波过电压。如图5所示，所述避雷器的调整包括在VSC直流换流站入口增加避雷器柱数，即DL以及EM避雷器,其中，DL避雷器主要限制沿直流极线侵入的过电压，EM则主要限制沿接地极线侵入的过电压；在换流站平波电抗器两端并联避雷器SR，从而限制雷电侵入波在平波电抗器两端产生的电压差；另外，避雷器与设备的距离越近，对设备上过电压水平的限制作用越好，故当设备上的过电压超过允许值时，在绝缘及场地允许的情况下，将避雷器尽量靠近被保护设备以缩短避雷器与设备的距离可达到更好的防护效果。
图6为根据本发明优选实施方式的在VSC直流换流站防护雷电侵入波装置的结构示意图。如图6所示，本发明优选实施方式所述的在VSC直流换流站防护雷电侵入波的装置600包括：
模型建立单元601，其用于根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型，以及根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型；
参数模拟单元602，其用于对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络以及对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
计算单元603，其用于根据所述VSC直流换流站的电磁暂态计算模型、直流线路杆塔的电磁暂态计算模型、模拟的绝缘子串闪络和雷电参数计算VSC直流换流站设备上的雷电过电压最大值，并结合每个设备的雷电冲击耐受电压确定设备的绝缘裕度，其中，所述绝缘裕度包括内绝缘裕度和外绝缘裕度；
避雷器调整单元604，其用于当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压。
进一步地，所述模型建立单元601包括：
设备模型单元611，其用于将VSC直流换流站的部分设备用冲击入口电容进行模拟，所述设备包括接地开关、隔离开关、支柱绝缘子、电流互感器、电压互感器和电抗器；
避雷器模型单元612，其用于根据避雷器伏安特性曲线对避雷器进行分段线性模拟；
连接模型单元613，其采用分布参数导线模型来表示设备间的连接，利用波阻抗进行模拟。
线路模型单元614，其用于根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路的导线、地线和接地极线的型号、布置方式建立线路模型；
杆塔模型单元615，其用于根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的杆塔的结构和布置方式建立杆塔模型，其中，所述杆塔的横担和塔身采用波阻抗进行模拟。
优选地，所述第一设定值是2千米。
优选地，所述杆塔模型单元采615用多波阻抗进行模拟，其根据雷电侵入波在杆塔上的行进、杆塔的自身结构以及杆塔不同高度对地电容的变化，将杆塔分成若干个部分，并且杆塔模型中的横担、主材和斜材的波阻抗值均根据实际杆塔尺寸计算。
优选地，避雷器调整单元604包括：
第一调整单元641，其用于根据VSC直流换流站所有设备上的过电压、在过电压作用下避雷器流过的电流和能量以及每柱避雷器允许通过的电流和能量，确定在VSC直流换流站入口处需增加的避雷器柱数；
第二调整单元642，其用于计算位于VSC直流换流站与出线之间的平波电抗器上的过电压，当所述平波电抗器两端的过电压超过其耐受值，在VSC直流换流站的平波电抗器上并联避雷器；
第三调整单元643，其用于将避雷器靠近被保护设备。
优选地，所述第二设定值是15％，所述第三设定值是5％。
已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。
通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。

Claims (15)

1.一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的方法，其特征在于，所述方法包括：
根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型；
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型；
对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络；
对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
根据所述VSC直流换流站的电磁暂态计算模型、直流线路杆塔的电磁暂态计算模型、模拟的绝缘子串闪络和雷电参数计算VSC直流换流站设备上的雷电过电压最大值，并结合每个设备的雷电冲击耐受电压确定设备的绝缘裕度，其中，所述绝缘裕度包括内绝缘裕度和外绝缘裕度；
当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型包括：
将VSC直流换流站的部分设备用冲击入口电容进行模拟，所述设备包括接地开关、隔离开关、支柱绝缘子、电流互感器、电压互感器和电抗器；
避雷器根据其伏安特性曲线采用分段线性模拟；
设备间的连接采用分布参数导线模型，利用波阻抗进行模拟。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型包括：
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路的导线、地线和接地极线的型号、布置方式建立线路模型；
根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的杆塔的结构和布置方式建立杆塔模型，其中，所述杆塔的横担和塔身采用波阻抗进行模拟。
4.根据权利要求1或者3所述的方法，其特征在于，所述第一设定值是2千米。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述杆塔模型采用多波阻抗进行模拟，其根据雷电侵入波在杆塔上的行进、杆塔的自身结构以及杆塔不同高度对地电容的变化，将杆塔分成若干个部分，并且杆塔模型中的横担、主材和斜材的波阻抗值均根据实际杆塔尺寸计算。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络是采用相交法，将所述杆塔的绝缘子串上的电压波形和雷电标准波下的伏秒特性进行比较，当绝缘子串上的两端电压与伏秒特性曲线相交即判断为闪络，不相交则不发生闪络。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值包括：
将216kA作为反击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
根据杆塔的参数和导线布置方式建立电气几何模型确定最大的绕击电流，并将所述最大绕击电流作为绕击侵入波过电压计算中雷电流幅值。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压包括：
根据VSC直流换流站所有设备上的过电压、在过电压作用下避雷器流过的电流和能量以及每柱避雷器允许通过的电流和能量，确定在VSC直流换流站入口处需增加的避雷器柱数；计算位于VSC直流换流站与出线之间的平波电抗器上的过电压，当所述平波电抗器两端的过电压超过其耐受值，在VSC直流换流站的平波电抗器上并联避雷器；
将避雷器靠近被保护设备。
9.根据权利要求1或者8所述的方法，其特征在于，所述第二设定值是15％，所述第三设定值是5％。
10.一种在VSC直流换流站防护雷电侵入波的装置，其特征在于，所述装置包括：
模型建立单元，其用于根据VSC直流换流站的主接线图和直流设备参数，建立VSC直流换流站的电磁暂态计算模型，以及根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路和杆塔的参数建立直流线路杆塔的电磁暂态计算模型；
参数模拟单元，其用于对杆塔上的绝缘子进行模拟，判断绝缘子串闪络以及对雷电参数进行模拟，确定反击和绕击侵入波过电压计算中的雷电流幅值；
计算单元，其用于根据所述VSC直流换流站的电磁暂态计算模型、直流线路杆塔的电磁暂态计算模型、模拟的绝缘子串闪络和雷电参数计算VSC直流换流站设备上的雷电过电压最大值，并结合每个设备的雷电冲击耐受电压确定设备的绝缘裕度，其中，所述绝缘裕度包括内绝缘裕度和外绝缘裕度；
避雷器调整单元，其用于当VSC直流换流站设备的内绝缘裕度小于第二设定值和/或外绝缘裕度小于第三设定值时，结合VSC直流换流站内部过电压确定的避雷器配置方案，进行避雷器配置的调整以限制换流站内设备的雷电侵入波过电压。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述模型建立单元包括：
设备模型单元，其用于将VSC直流换流站的部分设备用冲击入口电容进行模拟，所述设备包括接地开关、隔离开关、支柱绝缘子、电流互感器、电压互感器和电抗器；
避雷器模型单元，其用于根据避雷器伏安特性曲线对避雷器进行分段线性模拟；
连接模型单元，其采用分布参数导线模型来表示设备间的连接，利用波阻抗进行模拟；
线路模型单元，其用于根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的线路的导线、地线和接地极线的型号、布置方式建立线路模型；
杆塔模型单元，其用于根据与VSC直流换流站之间的距离在第一设定值以内的杆塔的结构和布置方式建立杆塔模型，其中，所述杆塔的横担和塔身采用波阻抗进行模拟。
12.根据权利要求10或者11所述的装置，其特征在于，所述第一设定值是2千米。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述杆塔模型单元采用多波阻抗进行模拟，其根据雷电侵入波在杆塔上的行进、杆塔的自身结构以及杆塔不同高度对地电容的变化，将杆塔分成若干个部分，并且杆塔模型中的横担、主材和斜材的波阻抗值均根据实际杆塔尺寸计算。
14.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，避雷器调整单元包括：
第一调整单元，其用于根据VSC直流换流站所有设备上的过电压、在过电压作用下避雷器流过的电流和能量以及每柱避雷器允许通过的电流和能量，确定在VSC直流换流站入口处需增加的避雷器柱数；
第二调整单元，其用于计算位于VSC直流换流站与出线之间的平波电抗器上的过电压，当所述平波电抗器两端的过电压超过其耐受值，在VSC直流换流站的平波电抗器上并联避雷器；
第三调整单元，其用于将避雷器靠近被保护设备。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述第二设定值是15％，所述第三设定值是5％。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN110162914A (zh) * 2019-05-30 2019-08-23 广州供电局有限公司 限流器绝缘水平计算系统、方法、装置及可读存储介质
CN112067987B (zh) * 2020-09-16 2022-01-21 广东电网有限责任公司电力科学研究院 一种连续雷击下断路器断口击穿判别方法和装置
CN112531669B (zh) * 2020-11-06 2023-08-18 中国电力科学研究院有限公司 构建混合直流输电系统受端电压源换流站的方法及换流站
CN112699576B (zh) * 2021-01-27 2024-02-06 沈阳工业大学 一种特高压直流雷电电磁暂态工程分析方法
CN114034913A (zh) * 2021-11-18 2022-02-11 广东电网有限责任公司 一种变电站雷电侵入波过电压的测量方法、装置及系统
CN114069685B (zh) * 2021-11-22 2023-08-25 国网安徽省电力有限公司电力科学研究院 一种雷电绕击直流线路引起换相失败的抑制方法

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101345415A (zh) * 2008-08-26 2009-01-14 昆明理工大学 直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101345415A (zh) * 2008-08-26 2009-01-14 昆明理工大学 直流输电线路雷电绕击与反击分辨的行波分析识别方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
±500 kV混合直流受端VSC换流站的雷电侵入波过电压研究;王磊 等;《电瓷避雷器》;全文 *
±500kV双端柔性直流输电系统雷电侵入波及其对直流断路器的影响;司燕;《中国优秀博硕士论文辑》;全文 *
500kV海底电缆雷电过电压研究;徐伟;廖民传;郑志源;汪晶毅;;南方能源建设(第02期);全文 *
海上升压站主变避雷器雷电过电压保护距离研究;徐旸;朱晟;蓝磊;王羽;文习山;;电力建设(第02期);全文 *

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