雷擊電動(dòng)汽車充電站地電位升分析與計(jì)算-論文投(已修改)
2025-06-23 12:09 本頁面
【正文】 雷擊電動(dòng)汽車充電站地電位升分析與計(jì)算 陳涵；雷興；金歆怡；盛煒；石天宇 摘要 ： 充電站 是集中對電動(dòng)汽車進(jìn)行充電的場所，其建設(shè)及維護(hù)成本均非常高，這使得充電站的安全性顯得尤為重要 。充電 站雷擊保護(hù) 是其 重要 的 安全防護(hù) 措施 ， 本文以某中型充電站為對象，深入研究和解決電動(dòng)汽車充電站在遭受雷擊時(shí)地電位的變化情況。 本文 利用 CDEGS 軟件對充電站進(jìn)行建模， 模擬 在不同土壤電阻率、不同雷擊位置以及不同接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)下遭受雷擊時(shí)地網(wǎng)電位升的情況，并分析各個(gè)因素的影響情況；最后 根據(jù)現(xiàn)場 實(shí)際情況提出 了 一些可行性措施。 關(guān)鍵詞： 充電站；接地網(wǎng)；雷擊；感應(yīng)電壓 0 引言 雷擊變電站 有 大量而又詳實(shí)的 研究 ，而目前 國內(nèi)外 鮮少有文獻(xiàn)研究雷擊充電站的情況 。 充電站和變電站無論在接地網(wǎng)結(jié)構(gòu)，還是在二次設(shè)備的敏感性方面都有非常大的相似之處。對變電站二次設(shè)備的防雷保護(hù)的研究最早是從電磁兼容的角度出發(fā)的。從 20 世紀(jì) 60 年代起，美國電力系統(tǒng)方面 的專業(yè)人士就開始了對變電站電磁干擾問題的研究 [1]， 其 研究重點(diǎn)主要是在電子電路對電纜的電磁干擾過程，研究所得后來就是美國國家標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會 (ANSI， American National Standards Institute)制定的 標(biāo)準(zhǔn)中的一部分 [2]。 雷電沖擊大型場站的情況若進(jìn)行實(shí)際的模擬則困難重重，故國內(nèi)外的實(shí)驗(yàn)都主要研究高壓開關(guān)動(dòng)作時(shí)對二次電纜的影響 [3]。 德國的 介紹了一個(gè)屏蔽設(shè)計(jì)工程，此工程可以有效地屏蔽一部分由 GIS 變電站開關(guān)操作產(chǎn)生的雷電干擾， 并給出測量結(jié)果 [4]。南非的 給出了在三個(gè)不同高電壓等級的變電站測量到的雷電瞬態(tài)電磁干擾的初步結(jié)果 [5]。英國的 對現(xiàn)有變電站瞬態(tài)電磁干擾測量方法進(jìn)行了綜述，特別分析比較了不同測量系統(tǒng)的特性 [6]。 就國內(nèi)來說，華北電力大學(xué)首次測量得到了在空載母線上進(jìn)行開關(guān)操作時(shí)，母線和設(shè)備之間的連線附近區(qū)域的瞬態(tài)電磁干擾情況 [78]，其有自主研制的瞬態(tài)電磁場測量系統(tǒng)。武漢高壓研究所在進(jìn)行了大量的分析、測量和標(biāo)準(zhǔn)化工作后，負(fù)責(zé)起草了《 500kV 變電所保護(hù)和控制設(shè)備抗擾度要求》。 南京自動(dòng)化研究院和四方公司的研究工作則主要側(cè)重于二次設(shè)備的抗干擾問題。清華大學(xué)對變電站接地及電力線路對附近金屬管線的干擾等問題進(jìn)行了分析研究 [9]。 1 雷擊充電站對電子設(shè)備的影響 雷電流 雷電流由于有幾種顯著地特性，例如電磁、機(jī)械、熱效應(yīng)等，會對電氣設(shè)備造成很嚴(yán)重的危害。沖擊電流在遭受雷擊物體的地方，會形成較高幅值的沖擊電壓波，這種電壓波會對電氣設(shè)備的絕緣性能造成破壞。輸電線路遭受雷擊將引起兩種嚴(yán)重的破壞性后果： ① 侵入變電站的雷電波在站內(nèi)經(jīng)歷復(fù)雜的折反射，將在電力設(shè)備上產(chǎn)生幅值極高 的過電壓，破壞設(shè)備的絕緣性能，從而造成停電事故。 ② 線路會發(fā)生短路接地，雖然雷電過電壓作用時(shí)間極短，但導(dǎo)線對地（桿塔或避雷線）閃絡(luò)后，沿著閃絡(luò)通道工頻電壓將繼續(xù)放電，有可能發(fā)展為工頻電弧接地，從而引起繼電保護(hù)裝置動(dòng)作，斷路器跳閘，造成停電事故 [10]。輸電線路的耐雷水平主要受桿塔的波阻抗和接地電阻的影響。 雷電流模型 雷電流幅值取決于雷云中的電荷量，滿足統(tǒng)計(jì)規(guī)律。在以往的研究中，變電站的二次設(shè)備及其電子回路受到影響的主要來源是雷擊。當(dāng)輸電線路或者變電站受到雷擊時(shí)，雷電流會經(jīng)過保護(hù)裝置如避雷器、 避雷線或者避雷針的接地引下線流入接地網(wǎng)。由于接地網(wǎng)具有阻抗，尤其是感抗的作用，會使得雷電流在接地網(wǎng)中的電位分布極不均勻。另一方面，由于接地網(wǎng)中接地體的電流隨時(shí)間變化率 (di/dt)非常大，就會在接地網(wǎng)二次線上感應(yīng)產(chǎn)生很高的電動(dòng)勢。 由于電動(dòng)汽車充電站與變電站在很多方面都很相似，其遭受雷擊時(shí)對內(nèi)部產(chǎn)生何種程度的影響是 研究 重點(diǎn) 。在本文中，雷電流選擇 10kA， ，如圖 1。 圖 1 雷電流仿真波形 雷擊充電站接地網(wǎng)對二次電纜耦合機(jī)理 雷擊會產(chǎn)生非常大的電流，避雷器和避 雷針作為雷電泄流通道，可以將雷電流導(dǎo)入接地網(wǎng)。如圖 2 所示，當(dāng)流過 A、 B 兩點(diǎn)時(shí)會產(chǎn)生地電位差，而由于二次電纜的屏蔽層與地網(wǎng)的 A、 B兩點(diǎn)相連，所以產(chǎn)生的電壓差相當(dāng)于在兩點(diǎn)間接入了一個(gè)電壓源 UAB，圖中 ZAB 為兩點(diǎn)間的接地阻抗。干擾電流會對電纜芯線產(chǎn)生耦合，耦合的過程為：干擾電
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