Statistical approach for insulation coordination of high voltage substation exposed to lightning strikes

Abstract

Insulation coordination requires accurate prediction of overvoltages at various points within a substation. Computer simulations of electromagnetic transients in real structures of substations become more precise due to the improvements of used models. Goal. This paper discusses in a first step the use of the modified ZnO arrester dynamic model alongside other substation equipment models, considering electrical phenomena like the corona model for reproducing the stresses that lightning can cause in an air-insulated substation and (method) then conducting a statistical approach based on the Monte Carlo method. The implemented MATLAB/ATP procedure estimates not only the substation Mean Time between Failures (MTBF), but also is used to select surge arresters or substation basic insulation levels (BILs). In this procedure ATP transients program is used to calculate lightning overvoltages and multicore environment for the calculations. Results. The obtained MTBF curves offer guidance for selecting appropriate insulation levels based on specific system requirements and conditions. The obtained results comply well with existing international insulation standards. This valuable approach significantly contributes to the field of lightning protection.Координація ізоляції вимагає точного прогнозування перенапруг у різних точках підстанції. Комп’ютерне моделювання електромагнітних перехідних процесів у реальних конструкціях підстанцій стає більш точним за рахунок удосконалення моделей, що використовуються. Мета. У цій статті на першому етапі обговорюється використання модифікованої динамічної моделі обмежувача перенапруги ZnO поряд з іншими моделями обладнання підстанції, розглядаються електричні явища, такі як модель коронного розряду, для відтворення напруг, які блискавка може викликати на підстанції з повітряною ізоляцією, та (метод) подальшого використання статистичного підходу, що базується на методі Монте-Карло. Впроваджена процедура MATLAB/ATP оцінює не лише середній час напрацювання на відмову підстанції (MTBF), але й використовується для вибору обмежувачів перенапруги або основних рівнів ізоляції підстанції. У цій процедурі використовується програма перехідних процесів ATP для розрахунку грозових перенапруг та багатоядерне середовище для розрахунків. Результати. Отримані MTBF криві дають рекомендації щодо вибору відповідних рівнів ізоляції на основі вимог та умов конкретної системи. Отримані результати добре відповідають міжнародним стандартам ізоляції. Цей цінний підхід робить значний внесок у сферу блискавкозахисту.