劉 晴，池景冬，潘海娃

（臺(tái)州市氣象局，浙江 臺(tái)州 318000）

0 引 言

電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性跟外部環(huán)境有關(guān)，日常生活中最常見的兩種過電壓是直接雷電過電壓和雷電反擊過電壓。其中，雷電過電壓的形式又包括雷電侵入波過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。雷云直接對(duì)電氣設(shè)備進(jìn)行放電的過程叫做直接雷電過電壓。通過對(duì)電力系統(tǒng)中的避雷線放電，從而產(chǎn)生不同程度的電壓，這一過程叫做雷電反擊過電壓。感應(yīng)雷電過電壓的形成原理是在電力系統(tǒng)周圍發(fā)生閃電現(xiàn)象，電氣設(shè)備會(huì)感受到大量的束縛電荷，最終形成過電壓。雷電侵入波會(huì)對(duì)電器設(shè)備造成嚴(yán)重的損壞。配電網(wǎng)是保障電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的關(guān)鍵點(diǎn)，提高配電網(wǎng)的性能能夠有效提高用戶用電質(zhì)量。SPD對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化創(chuàng)新，可以根據(jù)用電情況進(jìn)行分析，有效控制電流分配，讓系統(tǒng)配置和智能化程度更高。在雷電過電壓的作用下探究配電網(wǎng)SPD的配合保護(hù)方法，可確保配電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。

1 雷電過電壓作用下配電網(wǎng)SPD配合保護(hù)

1.1 選取SPD的級(jí)間配合方式

通過了解SPD的級(jí)間配合，發(fā)現(xiàn)相互組合運(yùn)行可以有效提高電力系統(tǒng)的保護(hù)性能。一種方法是將兩個(gè)限壓式SPD進(jìn)行組合，實(shí)現(xiàn)性能保護(hù)；另一種方法是將限壓式SPD和開關(guān)式SPD進(jìn)行組合，最終增強(qiáng)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。在本文研究中選取第二種模式，將開關(guān)式SPD和限壓式SPD分別用來釋放雷擊能量和限制電壓。選取合適的SPD的級(jí)間配合方式，以期更有效地實(shí)現(xiàn)保護(hù)電力系統(tǒng)。

將開關(guān)式SPD與限壓式SPD進(jìn)行組合，可以將配電網(wǎng)SPD配合保護(hù)電路分為3個(gè)階段，第一階段為泄流環(huán)節(jié)，第二階段為限壓環(huán)節(jié)，第三個(gè)階段將電壓控制到電器設(shè)備可以承受的范圍[2]。通過3個(gè)階段的相互配合實(shí)現(xiàn)了對(duì)配電網(wǎng)的保護(hù)，電壓分配公式為：

式中，Ucy代表每個(gè)階段兩端的殘壓值；Uyj作為電流元件兩端的降壓；Ufp表示的是電壓分配值。通過開關(guān)型SPD和限壓型SPD之間相互配合，控制電壓的強(qiáng)度，保持配電網(wǎng)的穩(wěn)定性[3]。不同的SPD級(jí)間配合方式都會(huì)產(chǎn)生不一樣的效果，綜合兩種方式，選取符合實(shí)際的方式，最大程度地達(dá)到配合保護(hù)效果。

1.2 構(gòu)建雷電流模型

在雷電過電壓的作用下，為了保證配電網(wǎng)的性能，根據(jù)上述限壓式SPD和開關(guān)式SPD進(jìn)行組合的方式構(gòu)建雷電流模型。雷電流是指直接雷擊時(shí)，通過被擊物體而泄入大地的電流[4]。采用Heidler模型作為構(gòu)建雷電流模型的基礎(chǔ)，構(gòu)建雷電流模型為：

式中，Ln表示雷電流幅動(dòng)的值；m代表的是雷電流陡度值；I1表示電流上升的值；I2表示衰減時(shí)間[5]。利用構(gòu)建的雷電流模型設(shè)置一個(gè)完整的配線系統(tǒng)，具體如圖1所示。

在進(jìn)行配線系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，采用架空線路方式，選用了用電設(shè)備和配電變壓器等設(shè)備，利用220 V線路貫穿整個(gè)配線系統(tǒng)。對(duì)不同的線路導(dǎo)線型號(hào)進(jìn)行測(cè)量，選用合適的線路導(dǎo)線，將同一型號(hào)的導(dǎo)線按不同高度分為三組，并設(shè)定桿塔波阻值和電感平均值[6]。在對(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化時(shí)，需要對(duì)雷電流的頻譜進(jìn)行分析，為雷電防護(hù)做準(zhǔn)備，大多精密設(shè)備都是采用濾波的方法進(jìn)行雷電防護(hù)。計(jì)算雷電流電磁場(chǎng)得到雷電流產(chǎn)生及運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，通過控制雷電流的時(shí)間得到一個(gè)較為理想的防護(hù)方法。在雷電過電壓的作用下構(gòu)建的雷電流模型有利于確保配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性。

1.3 實(shí)現(xiàn)階段式保護(hù)

在雷電過電壓作用下配電網(wǎng)SPD配合保護(hù)可以采取分段式保護(hù)方法，將整個(gè)電力系統(tǒng)分為不同的階段進(jìn)行保護(hù)，主要的電力系統(tǒng)保護(hù)階段分為零序電流保護(hù)階段、接地距離保護(hù)階段以及相間距離保護(hù)階段。每個(gè)階段在進(jìn)行保護(hù)時(shí)相互配合得到測(cè)量數(shù)據(jù)，并進(jìn)行計(jì)算。在對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行SPD配合保護(hù)時(shí)，需要注意提前計(jì)算數(shù)據(jù)，避免同時(shí)進(jìn)行計(jì)算和安裝保護(hù)裝備[7]。

在進(jìn)行階段保護(hù)時(shí)，由于電力系統(tǒng)每個(gè)階段的電壓值不同，電壓控制的大小也不同，因此應(yīng)當(dāng)根據(jù)電力系統(tǒng)每個(gè)階段的實(shí)際情況，在不同的線路中安裝不同的保護(hù)設(shè)備，并制定合理的分段保護(hù)計(jì)劃。為了不斷提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，實(shí)行階段整定的保護(hù)方式，將電力系統(tǒng)分為3個(gè)階段。在第二階段保護(hù)的同時(shí)進(jìn)行第一階段保護(hù)，采用縱聯(lián)的方式進(jìn)行保護(hù)配合[8]。將第三階段重新劃分出來，獨(dú)立地進(jìn)行保護(hù)，以此作為用戶用電的最后保障。分析每個(gè)階段保護(hù)的聯(lián)系，保證在每個(gè)階段出現(xiàn)故障時(shí)可以分析故障原因，并實(shí)施保護(hù)措施。

2 實(shí)驗(yàn)與分析

2.1 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

在進(jìn)行配電網(wǎng)SPD配合保護(hù)時(shí)，需要測(cè)量電力系統(tǒng)供電的穩(wěn)定性，選取一個(gè)供電區(qū)域給180戶用戶進(jìn)行供電。分別選取兩個(gè)電力系統(tǒng)的兩個(gè)位置，兩個(gè)位置的SPD的殘壓值不同。觀察線路之間SPD的殘壓值與通流的變化情況，確定兩個(gè)位置的電壓值范圍，如表1所示。

由表1可知，位置1選取的SPD殘壓值與電壓值呈正向相關(guān)，且殘壓值增加的幅度較大[9]。位置2選取的SPD殘壓值與電流也呈正相關(guān)，但殘壓值增加的幅度相對(duì)較小。將這兩處位置劃分為階段保護(hù)路線，將位置1分配在第一階段，位置2分配在第二階段。測(cè)試不同位置發(fā)生故障時(shí)，階段保護(hù)的具體情況如表2所示。

表2 分段開關(guān)故障點(diǎn)保護(hù)動(dòng)作情況表

通過選取的兩個(gè)位置進(jìn)行故障測(cè)試，發(fā)現(xiàn)對(duì)第一階段的保護(hù)情況較多，觀察不同階段出現(xiàn)故障對(duì)電力系統(tǒng)造成的影響。

2.2 結(jié)果分析

通過上述的實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備，確定好SPD的線路位置以及發(fā)生故障的路線，并確定4條線路分別標(biāo)記為A1、A2、A3以及A4進(jìn)行測(cè)試，得到傳統(tǒng)方法和本文方法電力系統(tǒng)故障保護(hù)用時(shí)如表3所示。

表3 電力系統(tǒng)故障保護(hù)用時(shí)表

從表可知使用本文方法檢測(cè)的電力系統(tǒng)保護(hù)用時(shí)比傳統(tǒng)方法的電力系統(tǒng)保護(hù)用時(shí)短，經(jīng)計(jì)算，在A1、A2、A3以及A4線路時(shí)本文方法比傳統(tǒng)方法的保護(hù)用時(shí)分別縮短12 ms、9 ms、22 ms以及12 ms。由此說明，本文方法更有利于對(duì)電力系統(tǒng)進(jìn)行保護(hù)。本文方法選取SPD的級(jí)間配合方式控制雷電過電壓，使電壓可以保持在電器設(shè)備承受范圍之內(nèi)。通過構(gòu)建雷電流模型，控制雷電產(chǎn)生的電壓時(shí)間，有利于確保配電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性。將電力系統(tǒng)分成不同的階段，實(shí)現(xiàn)分階段式保護(hù)。分析每個(gè)階段之間的聯(lián)系，當(dāng)路線出現(xiàn)故障時(shí)，將保護(hù)用時(shí)控制到最短，以期能夠有效解決電力系統(tǒng)的故障點(diǎn)。

3 結(jié) 論

本文探究了雷電過電壓作用下配電網(wǎng)SPD配合保護(hù)，確保配電網(wǎng)的安全性能和穩(wěn)定性能，優(yōu)化配電網(wǎng)的保護(hù)措施，實(shí)現(xiàn)更高的電力質(zhì)量。但本文未涉及配電網(wǎng)的穩(wěn)定性能研究，且沒有對(duì)配電網(wǎng)的安全性能進(jìn)行測(cè)試，希望在今后的研究中對(duì)配電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性能進(jìn)行測(cè)試，充分利用SPD智能配電系統(tǒng)對(duì)用電進(jìn)行控制和分析。