基于柔性直流的配电系统因方便新能源接入等各种优点而成为国内外的研究热点,过电压及防护是其重要研究方向之一。为此,针对某基于柔性直流的±10kV配电网开展了雷电侵入波过电压及防护措施研究。首先,依据±10kV配电网主接线形式分析换流器在雷电侵入波下高频模型的建模方法,并基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真程序建立交/直流侧雷电侵入波过电压仿真模型。其次,仿真分析了雷电流直击导线和雷击塔顶反击时换流器内各设备雷电过电压分布及影响因素,并对比分析杆塔侧加装L型避雷器对各设备雷电过电压的限制作用。仿真结果表明：交/直流侧不配置L型避雷器雷直击导线、反击塔顶时换流器承受最大雷电流幅值分别为50 k A/34 k A和28 k A/32 k A,而配置L型避雷器后交/直流侧承受最大雷电流幅值提高至75 k A。最后,根据交/直流侧雷电侵入波在各设备上形成的最大过电压,校核避雷器配置方案并确定关键设备的雷电冲击绝缘水平。计算结果表明：直流侧开关场设备、直流电抗器及交流侧联接变压器雷电冲击绝缘水平取为60kV,而直流侧母线上设备、直流侧联接变压器雷电冲击绝缘水平取为40kV。
绝缘子雷击闪络判据是输电线路耐雷性能分析的重要组成部分。其中,CIGRE推荐的先导发展法得到了广泛应用。但是该模型没有考虑高海拔、先导通道内部压降El和末跃过程。因此,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室,开展了V串和I串悬挂方式的±800 k V线路用复合绝缘子在正极性雷电冲击下的50%击穿电压U50%和伏秒特性试验。结果表明:V串绝缘子U50%比相同绝缘长度的I串低,且伏秒特性曲线较为陡峭。基于绝缘子/空气间隙放电的物理过程,考虑先导通道内部压降Ul和末跃长度hf,提出了改进的先导发展模型。结合伏秒特性试验数据,I串和V串绝缘子正极性先导发展法系数k与临界先导起始场强E0值分别修正为0.73′10^(-6)m^2/(V^2·s)、495 k V/m和0.53′10^(-6) m^2/(V^2·s)、440 k V/m。修正后的先导发展模型可以作为高海拔地区I串和V串绝缘子的闪络判据。
针对直流配电系统的接地方案开展理论分析和仿真研究,从系统主接线方式、入地电流要求、直流偏磁和继电保护要求等理论分析接地方式和接地电阻的取值范围,在电力系统计算机辅助设计和电磁暂态模拟程序(power system computer aided design and electric magnetic transient in DC system,PSCAD/EMTDC)软件中建立基于柔性直流的±10 kV直流配电系统的仿真模型来分析单极接地故障时关键位置的电流和电压特性,并验证接地方案的可行性,为系统设计提供依据。
