光伏變電站用氧化鋅避雷器多物理場耦合分析

張天翊，梁志堅，朱瑞

(1. 廣西大學 電氣工程學院，廣西 南寧 530004；2. 國網能源研究院有限公司，北京 102209)

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光伏系統及變電站作為新能源發電、系統能量轉換與傳輸的重要組成部分，受到了極大關注，其安全及可靠性顯得尤為重要[1-2]。然而，光伏變電站通常安裝在露天區域，尤其是在雷電災害頻發的地區，雷擊已經成為威脅系統設備的主要安全隱患之一[3]，因此需要對光伏變電站采取防雷措施加以保護。近年來，氧化鋅避雷器以其殘壓低、無續流、動作時延小、通流容量大等優點，在高壓及特高壓輸變電系統中得到廣泛應用[4]。但是，隨著直流輸電工程的快速發展與線路電壓等級的提高，避雷器出現了損耗較大、溫升較高等一系列問題[5]。而溫升的大小和分布對氧化鋅閥片及避雷器的使用壽命有重大影響，關乎整個電力系統安全運行[6]。因此，研究避雷器溫度場分布，特別是在老化等故障情況下，就顯得尤為重要[7]。

目前，很多學者對電力設備多物理場進行分析，主要的方法總結為：試驗法、解析法和有限元法等[8]。其中，試驗方法需要加工一個實際模型，導致成本過高。此外，一些特殊工況的實驗條件也過于苛刻，因此，不適用于模型的初步研究。文獻[9]提出場路耦合法對500 kV避雷器進行溫度場計算。光伏變電站配備的220 kV避雷器采用的是兩節元件結構，在高、低壓段間的電場分布發生了躍變現象。因此采用常規電磁解析方法計算損耗，再結合傳熱學方法對模型溫度場進行分析的方法，并不是溫度場分析的最優選擇。……