摘 要

500kVGIS变电站是电力系统的枢纽，一旦发生雷害事故，会造成大面积的停电；而且站内变压器等主要电气设备的内绝缘大多都没有恢复能力，一旦雷害损坏，修复起来十分困难，势必造成严重的后果。因此对500kVGIS变电站进行雷电过电压保护的研究是十分有必要的。

本论文以500kVGIS变电站作为研究对象，通过ATP-draw仿真软件对其进行精确的仿真计算，提出相应的雷电过电压保护措施。

雷电侵入波过电压受到进线段绝缘子串伏秒特性，变电站运行方式以及雷击点的影响。在仿真计算时需要充分考虑各种影响因素并进行准确的计算模型模拟。本文研究的主要内容如下：
第一部分：建立仿真模型，包括雷电流模型、站内电气设备模型及绝缘子串的闪络模型等。其中重点是对绝缘子的闪络特性，并以TACS子程序模拟了绝缘子串闪络的过程。

第二部分：给出500kVGIS等效仿真回路，应用ATP电磁暂态数字仿真软件对其进行仿真计算。并通过改变雷击点的位置和变电站运行方式，对站内各设备的雷电过电压进行计算和分析，找出对变电站危害最为严重的情况。 

第三部分：提出变电站防雷保护的特点，并根据该变电站具体情况设计了4种不同的避雷器配置方案，通过仿真计算找出适合该站的最佳方案。

关键词：GIS变电站；ATP；雷电侵入波；氧化锌避雷器

Abstract

500kv GIS substation is the hinge of the power system, once the event of lighting accidents, will lead to large一area power outage；And transformer stations and other major electrical equipment within the insulation capacity of the majority have not resume ability, The event of damage by lighting, it is very difficult to repair, it will inevitably cause serious consequences.So it is necessary to make some protection for the research of 500kVGIS over一voltage substation lightning.

This paper is focus on the research of XingCheng substation, Through the ATP simulation software for its accurate simulation, offer the method for the lightning over一voltage protection, the main elements of their research are as follows：

The first part is to setup the simulation model, Including lightning model,lightning arrester model,stations and electrical equipment flash over of insulator string model. Which focus on the research of insulator flash over, by use the TACS analog subprogram insulator string flash over process of a detail description.

The second part gives the simulation parameters of electrical equipment，by use of electromagnetic transient ATP digital simulation software for simulation calculation.And by changing the location of lightning strikes and substation point operation mode of station equipment to research and calculate the lightning over一voltage, to find the Against the most serious conditions.

The third part presents the characteristics of substations lightning protection, and in accordance with the design of the specific circumstances of the substation arrester set the four different configurations, by through simulation for the station to find the best solution.

Key words：GIS substation;ATP; lightning incoming surge;

目 录

摘 要 II

Abstract III

第1章 绪论 1

1.1课题提出的意义 1

1.2国内外研究水平及发展现状 2

1.2.1 GIS变电站的发展及优点 3

1.2.2电力系统数字仿真软件 4

1.3本课题研究的主要内容 6

第2章 仿真计算模型 8

2.1雷电侵入方式和雷电的模拟  8

2.1.1雷电侵入方式 8

2.1.2雷电模型 9

2.1.3雷电流的解析表示 9

2.1.4最大雷电流 10

2.2输电线路模型   10

2.3避雷器的模型 12

 2.4站内电气设备模型  12

2.5绝缘子串的闪络机理及模型  12

2.5.1绝缘子串的闪络机理 12

2.5.2绝缘子串的闪络模型  13

2.5.3 TACS子程序模拟绝缘子串闪络的过程  14

2.6本章小结  15

第3章 仿真分析 16

3.2 仿真结果分析 16

第4章 避雷器配置的研究 19

4.1 GIS变电站避雷器配置仿真分析 19

4.1.1仿真方案设置  19

4.2本章小结 20

第5章 总结 21

参考文献 22

致 谢 23

第1章 绪论

1.1课题提出的意义

我国的电力发展很快，自1981年我国第一条500kV超高压输电线路，平顶山-武汉投入运行以来，以500kV输电线路为主干，我国已经建成了华中、华东、华北、东北、西北五个跨省电网。而且随着三峡电站的发电，各大电网已经开始互联，大网络间的连接必须采用超高压等级的输电线路。

目前500kV变电站已经成为我国主要的输电网络，建成的500kV变电站有将近200座。变电站是电力系统的重要组成部分，是电网传输电能的核心，在电力系统中的地位极其重要，一旦变电站发生事故，往往会造成大面积的停电，从而对人们的生活及经济造成极大的影响和损失。而在变电站事故中，尤以雷击事故最为严重。

我国的雷电活动十分频繁，全国有21个省会城市雷暴日都在50天以上，最多可达134天。据不完全统计，我国每年因雷击造成人员伤亡达3000～4000人，损失财产50～100亿元人民币。近年来，随着社会经济发展和现代化水平的提高，特别是信息技术的快速发展，雷电灾害程度和造成的经济损失及社会影响也越来越大。在1998和1999年的两年中，全国造成直接经济损失在百万元以上的雷电灾害就有38起。如1990年7月30日郑州、三门峡微波干线大沟口微波站因雷击而损坏38块盘，损失十分严重 。据广东省统计，在1996～1999年的四年间，全省发生雷击事故6143起，伤亡699人，直接经济损失达15亿元。

变电站雷害来源有三：一是雷电直击变电站；二是沿路传过来的雷电波；三是变电站落雷时产生的感应过电压。因为雷击线路的机会远比雷电直击变电站多，所以沿线路侵入变电站的雷电过电压是最常见的，也是对变电站电气设备构成威胁的主要方式之一。
因此，对雷电侵入波在变电站电气设备上所产生的过电压进行仿真计算分析，找出过电压的分布情况、影响因素等，对限制雷电过电压、保护电气设备可以提供有价值的参考依据。
气体绝缘变电站(Gas Insulated Substation，简称GIS，又称为全封闭组合电器)是指“一种将高压电器放于接地的金属壳内，以高压气体为主要绝缘的电站”所用的绝缘气体主要是指SF6。与空气绝缘变电站(Air Insulated Substation简称AIS)相比，它具有占地面积小、运行安全、维护方便以及与周围环境隔绝等诸多优点，在世界各地的应用越来越广泛。如同其它新技术一样，它的使用也带来 如同其它新技术一样，它的使用也带来了许多新的问题，主要有三个方面：