臺灣博碩士論文加值系統

台灣位處於亞熱帶，在夏日的上午常因太陽光的強烈照射而形成午後雷陣雨之氣候型態，相對造就了台灣雷擊次數頻繁的生活環境。然而頻繁的雷害對電網供電穩定及高科技產業衝擊甚鉅，因此台電公司基於系統穩定供電職責與使命下，針對夏日雷害戮力於避雷及防雷之改善措施，惟因雷擊特性難以掌握，常造成變電所避雷器、招弧角等避雷設備重複投資安裝。因此本論文除探討雷擊之形成及其突波特性外，另一方面應用電磁暫態程式EMTP依數據建立一161 kV輸電線路連接至變電所變壓器模型，模型建構包含電纜及架空線路，並模擬在不同設備終端安裝避雷器，利用程式分析雷電流對各終端設備之影響及突入電流抑制狀況。最後依實際收集數據分析目前避雷器安裝位置，比對模擬結果來判斷避雷器是否重複投資以及最大效益安裝點。
本論文經由模擬結果發現(1)線路出口端安裝避雷器為必要，否則將可能導致開關設備承受異常過電流而受損；(2)安裝串聯電抗器可明顯抑制雷擊突波；(3)在變電所內架空線與地下電纜混接之系統，地下電纜兩端裝設避雷器可有效降低雷擊突波電壓；(4)考慮電纜與變壓器之保護，避雷器安裝應以變壓器側為最佳安裝點。

One of critical concerns in the operation of lightning strikes is the surge characteristics. It is known that the lightning strikes may cause the power system faults and pose hazards to utility personnel even. Hence, in this thesis, a power system model, including of a 161 kV transmission line and transformer, based on the Alternative Transient Program- Electromagnetic Transient Program (ATP-EMTP) is developed to analysis the event of lightning strikes, different test cases have been carried out for the study considered. In the study, lightning arresters are installed at different equipment terminals to analyze the effect of lightning current on each terminal equipment and the suppression status of inrush current. Beside, according to the actual data of the system operation, the current installation location of the arrester is analyzed and compared with the simulation results to determine whether the arrester is a repetitive investment and the maximum efficiency installation point.
The simulation results show that: (1) the lightning strikes may cause the switchgear to withstand abnormal overcurrent and be damaged. It is necessary to install arresters at the end of the transmission line in substation. (2) Installation of a series reactor can significantly suppress the lightning surge. (3) Within the substation overhead line and underground cable mixed system, installing underground lightning arrester on both ends can effectively reduce the lightning surge voltage. (4) Consider the protection of cables and transformers, the best place of lightning arrester installation should be near the transformer.

摘要 i
Abstract ii
致謝 iv
目錄 v
表目錄 viii
圖目錄 x
符號說明 xiii
第一章 緒論 1
1-1 研究背景及動機 1
1-2研究方法與貢獻 3
1-3 內容大綱 3
第二章 雷害與防雷 5
2-1 閃電的形成與總類 5
2-1-1 閃電的形成 5
2-1-2 雷的極性 7
2-1-3 雷的種類 8
2-2 雷擊突波 9
2-2-1 暫態特徵 9
2-2-2 影響暫態突波的因素 11
2-3 輸電線發生雷擊之原因 13
2-3-1 輸電線路路徑效應 13
2-3-2 對地落雷密度 13
2-3-3 鐵塔高度 14
2-3-4 屏蔽失敗 14
2-4 輸電線路的雷擊保護 15
2-4-1 輸電設備絕緣協調(insulation coordination)[9] 15
2-4-2 耐雷設計準則[12] 16
2-4-3 輸電線路的耐雷設計 17
2-4-4 鐵塔接地電阻改善 19
2-4-5 線路避雷器及招弧角的使用 20
2-5 變電設備雷擊保護 21
2-5-1 架空地線與避雷針 21
2-5-2 變電所接地系統 25
2-5-3 變電所裝設避雷器 26
第三章 EMTP介紹與模型建立 34
3-1 EMTP軟體應用介紹[15] 34
3-1-1 ATPDraw介紹[15] 34
3-1-2 ATPDraw操作說明及基本元件介紹 37
3-1-3 EMTP的模擬設定 42
3-1-4 執行模擬操作 45
3-1-5 模型建立方式 46
3-2 主要模擬元件介紹 48
3-2-1輸電線路元件 48
3-2-2雷擊電流元件 50
3-2-3避雷器元件 51
第四章 實際模擬雷擊及避雷器安裝效益分析 54
4-1 模擬環境介紹及參數設定 54
4-1-1 模擬環境介紹 54
4-1-2 相關參數設定 55
4-2 各種雷擊模擬狀況分析 60
4-2-1串聯電抗器與雷擊效應之分析 60
4-2-2避雷器安裝位置與雷擊效應分析 64
4-2-3雷擊電流大小與避雷器安裝處所之分析 70
4-3綜合討論 78
第五章 結論與未來研究方向 81
5-1 結論 81
5-2 未來研究方向 82
參考文獻 83

[1]台電公司, "台電機電事故統計資料（97～106 年）", 台電公司電力調度處與供電處,106年。
[2]張宏展、吳瑞南、范振理,"輸電線路避雷器特性及濟效益評估",計畫編號TPC-546-93-4105-03,台電公司綜合研究所,2005年7月。
[3]廖順安, "閃電發展過程介紹",台電公司綜合研究所高壓研究室,2005年。
[4]張文英, "雷、防雷及避雷",電機月刊第一卷第三期，2000年3月。
[5]F. Heidler, "Traveling current source model for LMTP calculation, Proceeding. 6th International. Zurich Symposium and Technical Exhibition of Electromagnetic Compatibility, 1985.Zurich, pp.157-162。
[6]台電公司綜研所電力研究室, 落雷資訊管理系統網站。
[7]IEEE std. 1243-1997, " IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines ", IEEE Power Engineering Society,26 June, 1997。
[8]台電公司, "輸電線路維護手冊",台電公司供電處, 68年4月。
[9]顏世雄, "避雷工程理論與實務",90年2月
[10]台電公司, "輸電工程作業手冊",台灣電力公司編。
[11]蕭勝任，"台電345 kV超高壓第一輸電線路雷擊特性模擬與分析"，高雄應用科技大學，電機工程學系碩士論文，1997年4月。
[12]台電公司,架空輸電線路設計準則,台電公司輸變電工程處，91 年2月5日。
[13]台電公司, "變電工程作業手冊",台灣電力公司編。
[14]蕭勝任、陳明堂、蕭勝文," 345 kV 架空線路引接地下電纜連接站接地系統對雷擊暫態研究",電力工程研討會,2010年12月,pp.1843–1844。
[15]L. Prikler, H. Hoidalen, ATPDraw for windows version 1.0, Release No.1,November 1998.
[16]T. Hara and O. Yamamoto,"Modelling of a Transmission Tower for Lightning-Surge Analysis ," IEE Proceeding-Generation. Transmission, and Distribution,Vol.143,No.3, May 1996, pp.283–289。
[17]T. Yamada, A. Mochizuki,J. Sawade, E. Zaima, T. Kawamura,A. Ametani, M. Ishi, and S.KAto,〝Experimental Evaluation of a UHV Tower Model for Lightning Surge Analysis,〞IEEE Transaction. On Power Delivery,Vol.10,No.1,January 1995,p.p.393-402。
[18]IEEE Std 82-1994, “IEEE standard test procedure for impulse voltage tests on insulated conductors”.