雷电冲击下的变电站接地网及组合电器外壳暂态特性

谢雪芳，熊志金

(广州铁路职业技术学院，广东 广州 510430)

组合电器是气体绝缘金属封闭组合开关设备(gas insulated switchgear，GIS)和气体绝缘输电线路(gas insulated transmission line，GIL)的统称，二者均是以SF6气体作为绝缘介质，将变电站内大部分电气设备(母线、断路器、绝缘子、隔离开关等)直接或间接安装在金属密封管道中，具有占地面积小、输送容量大、运维方便等特点。随着电力需求不断增大和电能质量要求日益提高，组合电器在变电站中的应用越来越广泛[1-3]。

虽然组合电器运行可靠性较高，但是一旦遭遇雷害侵袭，常常会造成内部电气设备绝缘损伤[4-5]和二次设备运行失效[6-7]，甚至导致大面积停电[8-9]。接地网是引导变电站内雷电流入地的唯一通道，准确模拟接地网在雷电流下的暂态特性，是变电站防雷设计的关键[10-12]。

实际变电站中，接地网与组合电器外壳通过接地线相连，接地网暂态特性与组合电器外壳暂态特性紧密相关。目前，多数研究是从单接地网模拟计算入手，主要采用的方法有电路模拟法、电磁场模拟法和传输线模拟法。电路模拟法是将接地网构建成电容、电阻、电感等集中参数等值电路，该方法原理简单，计算方便，但没有考虑雷电流引起的接地网参数频变特性，适用于电流频率较低的场合[13-14]。电磁场模拟法是将接地网构建成电磁耦合的模型，计算精度较高，适用电流频带宽，但建模复杂，占用计算内存很大，难以大范围推广使用[15-16]。传输线模拟法考虑雷电冲击作用时的波过程，建模灵活，但是需要分析接地网内部不同深度导体间的耦合，理论较为复杂[17-18]。……