在雷电活动强烈的区域，变电站外场电压互感器中性点安装放电间隙或避雷器保护时，可能因其异常动作引起电压互感器二次回路两点接地故障，导致保护误动事故川。如果能通过实验和理论计算，论证二次绕组的雷电冲击传递过电压、工频或雷击接地故障状态下接地网两点间的暂态或稳态电位差这两种过电压不足以对电压互感器二次回路绝缘造成威胁，则可以取消电压互感器二次中性点装设放电间隙或避雷器，不仅避免了间隙误动、缺陷等造成的二次回路两点接地隐患，还可以将基层单位从每年对现场大量的二次绕组中性点放电间隙或避雷器进行的检查试验工作中出来
本文就第二个问题进行研究，通过模拟计算和实测，确定工频或雷击接地故障状态下接地网两点间的暂态和稳态电位差水平，论证电压互感器二次中性点装设放电间隙或避雷器的必要性，为取消电压互感器二次中性点装设放电间隙或避雷器的可能性提供依据。
1工频或雷击接地故障状态下接地网暂态和稳态电位分布计算的数学模型 当系统发生短路故障、雷直击变电站或异常近区落雷时，变电站接地网上的电位分布是不均匀的，接地网不同点的电位分布不均匀可能导致现场电压互感器接地点电位与不接地的二次绕组中性点(在控制室内一点接地)之间的暂态或稳态电位差超过二次绕组的耐压水平，威胁二次绕组的绝缘。本文利用加拿大SES公司开发的电流分布、电磁干扰、接地和土壤结构分析软件并采用数值分析手段对变电站发生接地短路故障、雷直击变电站或异常近区落雷时变电站地网电位分布进行计算分析口CDEGS软件是日前世界上电磁干扰分析、接地系统研究和一设计领域通少}J性最强、功能最强大的集成软件包。
接地网电气特性的分析和计算是电.力系统电磁兼容基础问题之一，采用快速傅立叶变换和矩量法相结合是接地网暂态特性分析的主流方法。采用CDEGS软件对雷电波形进行FFT，然后在频域中计算各特征频率的响应，再通过智能算法拟合出地网在整个频域上的传递函数，从而得到地网的频域响应，最后通过快速傅立叶逆变换，得到地网电位的时域响应。
取典型的广东地区110 kV变电站为研究对象，如图1所示，地网尺寸为150 m X150 m，网格间隔为10 m。土壤结构近似取水平分层，分为2层，第1层厚度10 m，土壤电阻率500M;第2层到无穷，土壤电阻率300M。水平接地网埋深0. 8 m,导体半径1.01m,导体材料为某种铁(目对于铜的相对电阻率12，相对磁导率10)，注入电流(接地网故障电流)取1 kA .
2单相接地短路时接地网稳态电位分布的计算和实验验证结果分析 2.1不同短路电流注入点的影响
图1中，电流从A点注入时，导体L2上电位分布如图z所示，其电位分布比较均匀;电流从B点注入时，导体L2上电位分布如图3所示，离注入点距离近的地方电位高，电位随距离增大近似按指数关系下降。计算结果显示，电流从角上(A点)注入时，地网内的最大电位差(12.7 V)远大于电流从地网中心(B点)注入时地网内的最大电位差(4.3V)
2.2与注入点距离的影响
电流从A点注入时，导体Ll上电位分布如图4所示，电位随距离的增大近似按指数关系下降。对比图2与图4可以看出，离电流注入点距离越远的导体，其电位分布越均匀。
2. 3土壤结构的影响
假设土壤结构仍取水平分层，分为2层，第1层厚度10 m，第2层到无穷，改变每层的土壤电阻率值，得出4种土壤结构下A点注入1 kA电流后地网的最大电位差对比，见表1。可以看出，土壤电阻率对地网最大电位差影响不大，但是随着土壤电阻率的增大，导体电位分布会变得均匀。假想土壤电阻率趋向无穷大，导体阻抗完全可以忽略，一可以将其看作理想的良导体，导体上电位趋于相等。
2. 4导体材料和地网面积的影响
从上述计算可以推断，导致导体电位分布不均的原因，主要是导体自身的阻抗，而不是土壤，所以导体材料对导体电位分布的影响是相当大的。假设接地网尺寸为150 m X150 m，网格间隔为10 m,取土壤结构1，地网理深和导体半径不变，经计算可得:导体材料为某种铁时，地网最大电位差12. 7V;导体材料为铜时，地网最大电位差1. 87 V。因此，选用铜质材料后导体电位分布更为均匀。
假设地网结构仍类似于图1,将尺寸改为200mX200 mm ,间距仍为10 m，此时地网最大电位差由尺寸为150 m X150 m时的12. 7 V增大到13.9V即当面积增大时地网上电位分布变得不均匀。
2.5变电站发生单相接地短路时接地网两点间电位差的验证性实验研究 选取已完成土建施土、尚未接入线路的新建肇庆供电局220 kv旺新变电站和潮州供电局110KV所城变电站作为研究对象，通过向主接地网注入工频大电流或类工频小电流，模拟变电站发生单相接地故障短路状态，进行变电站发生单相接地短路时接地网两点间电位差的实测。旺新变电站位于平原地带，土壤状况一般，接地网尺寸为191 m X135m，地网接地电阻值为0.394所城变电站位于丘陵地带，土壤状况较差，接地网尺寸为87MX62M，地网接地电阻值为2.483，远远超过设计值。
采用工频大电流和类工频小电流进行测试，采用工频大电流进行测试时，以隔离变压器突然合闸对地短路来模拟变电站发生单相接地短路.故障的暂态过程，以期测量到接地短路电流的非周期分量。但山于电源开关的开关特性不能满足要求，合闸时间不够短，接地短路难以激发起非周期的电磁振荡过程，因此采月J两种电流测试时均只能得到接地短路电流的稳态过程的周期分量，即接地网电位分布的稳态值。
采用工频大电流法和类工频小电流法，得到两组电容式电压互感器(CV T)接地引下线之间的地电位差稳态值的测量结果，见表2。
表2的测量结果表明，单相接地短路故障时，变电站地网两点问的稳态电位差随着地网接地电阻的增大而升高。地网接地电阻正常(符合设计要求)时，该稳态电位差测量值与国际大电网会议关于变电站发生接地.故障时变电站接地网格系统两点间电位差的规定(1 kA故障电流引起地网两点间电位差10 V) 是相符合的；当地网接地电阻远远超过设计值时，1 kA故障电流引起的地网两点间稳态电位差为20V，可见国际大电网会议关于接地网两点横向电位差的规定主要是针对地网接地电阻正常的变电站。
3雷直击变电站或异常近区落雷时接地网暂态电位分布的计算结果及分析 地网结构和相关尺寸参数不变，取雷电流幅值为1 kA，假设雷电流从A点直接注入，取观测点C点与A点大约相距10 m。
3. 1地网的频域特性
地网各点的频率特性与它相对注入点(A点)的位置有关。图5为注入点(A点)的频域特性，横坐标为注入电流的频率，纵坐标为在A点注入1 A该频率下的电流引起的A点电位。图6为C点的频域特性，反映在A点注入1 A该频率下的电流引起的C点电位。
3. 2地网电位的时域响应
得到地网的频域特性后，一可得到其频域响应，做一次IFFT，一可以得到系统的时域响应。图7和图8分别反映了A点电位中、和c点电位中。随时间的变化。总体来看，在注入点附近，电位上升非常迅速，然后迅速下降口。
3.3地网电位差
由3. 1一可知，在地网的顶点附近注入电流，地网的电位分布是最不均匀的。此时计算的A点与c点的电位，正是在顶点注入电流时的情况，因此，它们的电位差可以代表地网中相距10m的两点间最大电位差。图9反映了A、c两点的电位差随时间变化的情况，峰值为8817V。
4结论
为论证电压互感器二次绕组中性点装设过电压保护的必要性，对土频接地故障、雷直击变电站或异常近区落雷情况下的地网两点间电位差进行了计算分析和实验验证研究，确定了地网两点间暂态和稳态电位差水平。
变电站发生单相接地短路时，在正常的地网接地电阻范围内，地网两点间的稳态电位差与国际大电网会议关于接地网两点间横向电位差的规定基本相符合;地网接地电阻偏大的情况下，地网两点间的稳态电位差明显较国际大电网会议的规定值偏大。总体上，按照变电站最大单相接地短路故障入地短路电流核算，单相接地短路时地网两点问的稳态电位差不会造成电压互感器二次绕组回路两点接地而引起保护误动的威胁，无须防范。
雷直击变电站或异常近区落雷时，地网两点问暂态电位分布很不均匀，尤以地网顶点附近注入电流时最严重;另一方面，变电站两点间的暂态电位差很大，
雷电流为1KV时，相距10M的两点电位差最大可能达到数千伏，可能对现场电压互感器的二次绕组中性点绝缘构成威胁。
强雷电活动区域，近年来变电站设备因遭受变电站直击雷或输电线路雷电侵入波而绝缘损坏的事.故有增无减，山于雷直击变电站或异常近区落雷时，变电站两点间的暂态电位差可能对现场电压互感器的二次绕组中性点绝缘构成威胁，因此在电压互感器二次回路中性点就地安装过电压保护措施完全有必要口实验室模拟雷电冲击传递对比试验和数值仿真计算表明，适当参数的低压氧化锌避雷器将是电压互感器二次绕组中性点过电压保护的理想选择口
