避雷针迎面先导发展物理过程仿真研究

开展避雷针迎面先导起始及发展过程的仿真研究对建立正确的雷电屏蔽分析模型具有重要意义。基于长间隙放电的物理机制,建立了包括正极性电晕起始与流注发展、先导起始、先导–流注体系发展等物理过程的迎面先导发展物理过程仿真模型,并使用实验室和自然雷电条件下的迎面先导发展过程观测结果对其进行了验证,最后采用该模型对避雷针迎面先导特性进行了分析讨论。结果表明:该模型的计算结果与实验室条件下和一次自然雷电条件下获得的正极性迎面先导发展过程观测结果相吻合;迎面先导起始时刻随着雷电流幅值和避雷针高度的增加而提前;避雷针迎面先导的发展过程主要受雷电流幅值、避雷针高度影响,其发展速度随着下行先导的趋近而逐渐增加;由实验室条件下的正极性棒–板间隙放电获得的先导起始特性直接用于自然雷电中正极性迎面先导起始的计算,以及在迎面先导发展过程的计算中假设迎面先导发展速度与下行先导发展速度成一固定比例是不合适的。     

基于先导放电理论的雷击上行先导起始研究

作为输电线路雷电屏蔽分析模型中的关键物理过程,关于上行先导起始机制及其判据的研究尚待深入。基于先导放电物理机制,建立了导线表面稳定上行先导起始仿真模型,并利用模拟电荷法计算分析了导线周围电场分布特征。结果表明,稳定先导起始时,导线周围平均电场强度达到流注场强的区域几乎不受雷电参数和导线参数的影响,由此提出一种上行先导起始新判据,即当线路周围一定区域内的平均电场强度达到流注场强时,稳定连续的上行先导起始。长间隙放电观测结果及对国内外典型线路雷电屏蔽性能的计算结果与运行数据相符,验证了该判据的有效性。通过与以往上行先导起始判据的比较分析,指出已有的输电线路先导起始判据可能会夸大上行先导的引雷作用。     

雷击风机叶片的跃变击距特性与定量表征

风机叶片对雷电的接闪是风机防雷研究中的关键内容,合理分析接闪时的击距特性意义重大。基于雷击过程的物理机制,将雷击发生时上、下行先导头部间的距离定义为跃变击距,并分析了多上行先导竞争对风机接闪和跃变击距的影响。基于先导起始和发展理论,根据下行先导的等效模型和稳定上行先导的判定方法建立了风机叶片接闪模型,利用该模型得到了随雷电流幅值变化的跃变击距公式,指出侧面距离等参数对跃变击距没有影响,实验和观测结果证明了模型的正确性。最后利用接闪模型提出了考虑稳定上行先导对周围电场畸变作用的对地击距公式,与其他学者计算的结果进行对比指出,现有对地击距公式或不适用于风机背景的防雷计算。     

长间隙正极性放电流注-先导发展3维物理仿真研究

利用长间隙放电3维仿真模型对实际的放电现象进行机理分析、放电特性预测与绝缘设计评价具有指导意义。因此在流注-先导系统起始和动态发展的物理机制基础上,分析了初始电晕起始与流注发展的基本物理过程,推导了基于模拟电荷法与电位畸变法的流注空间电荷增量对电位畸变贡献的计算方法,建立了基于热电离理论的流注-先导转化模型,并利用电介质击穿模型(DBM)模型将2维模型外延至3维空间,从而完成了对长间隙放电正极性流注-先导发展全过程的3维仿真模型构建。利用该模型进行仿真获得的先导平均轴向速度为1.58~1.62cm/μs,空间电荷电位畸变系数KQ的平均值介于3.8×10-11~4.4×10-11 C/(V m)之间,并得到了不同间隙长度下击穿电压与先导发展过程等的变化规律,与长间隙放电试验综合同步观测平台在平均轴向速度、末跃高度等方面所获得的试验数据较为符合,证明了模型在3 m棒-板间隙下模拟正极性流注-先导发展方面的适用性。     

暂态能量函数的动力学机制

本文分析了全阶Ｐａｒｋ模型下同步发电机机电暂态能量转换机制，为暂态能量函数法成功地应用于详细模型下多机电力系统暂态稳定分析之中奠定了物理基础。同时也阐明了用参变量法构造暂态能量函数的局限性。     

先导放电发展模型的研究

推导了先导起始的能量判据。利用流注发展的计算结果，修正了Ｈｕｔｚｌｅｒ模型中的经验输入值，修改了Ｈｕｔｚｌｅｒ模型中关于先导弯曲方向角计算的概率密度公式，并实现了先导弯曲发展的计算，用所推出的先导发展模型，计算了长空气间隙的５０％问给电压和Ｕ形曲线，计算结果与实验数据是相符的。     

正极性先导起始与发展过程中的等离子体特征

先导放电通道由等离子体构成,先导的注入电荷和先导头部温度是用于判断正极性先导起始的关键物理参数。为了获取先导起始的条件及先导发展过程的等离子体特性,该文利用等离子体模型对先导放电通道进行了仿真研究。首先通过10m户外长空气间隙放电综合观测平台,获取了不同冲击电压下的先导放电电流、电压及光学数据。随后利用实测电流数据作为等离子体模型输入,仿真得到了放电通道的温度、等离子体密度、电导率等参数的演变特性。实验及模拟结果表明,先导起始前的触发温度随电压上升率的下降呈现明显的下降趋势。此外,10m空气间隙下,先导起始所需要的临界电荷可低至0.66μC。先导发展过程中的通道温度相对稳定,维持在4 000K左右,电子的产生主要源于热电离,放电通道电导率在1～10S/m范围内波动。     

滑动轴承非线性动力特性的结构化表示方法

基于有限元法建立了轴承非线性油膜力求解模型。指出在轴颈位置固定情况下，轴承油膜力是转速和振动速度的线性函数。线性函数中包含的6个系数是轴颈偏心和偏位角的非线性函数，而这些系数可以通过文中建立的有限元模型获得。非线性函数关系采用结构化数据库和神经网络来表示。应用新模型可以非常方便地获得任意转速、位置和振动工况下的非线性油膜力。结合实例进行了分析，表明这种结构化表示方法可靠，物理意义明确。     

长空气间隙负极性放电——法国日纳第高压实验室1978年的研究结果(续四)

9.使用光学技术进行的特殊研究 9.1.拍摄放电静态照片的光度测定法 9.1.1.先导直径测量技术及测量结果作为放电重要参数的先导直径是一个改善放电模型所必需的参数。如直径已知,则在柱面对称的假设基础上,至少在电流达到峰值的给定时刻,可以估算出先导通道的物理数据     

操作冲击下正极性长间隙放电物理仿真模型

开展正极性长空气间隙放电过程物理仿真模型的研究对优化特高压外绝缘设计具有重要的意义。基于正极性长间隙放电物理机制,建立了包括初始电晕起始与流注发展、先导起始、流注-先导体系发展和最后跃变等过程的物理仿真模型,该模型考虑了电晕起始分散性和先导路径随机性特征。采用有限元软件计算了放电结构间隙的背景电位分布,并使用试验观测结果对本文建立的模型进行了验证,最后采用该模型对导线-塔窗结构间隙的放电特性进行了仿真计算。结果表明：导线-塔窗间隙的50%击穿电压处于棒-板和棒-棒的50%击穿电压之间;波前时间对其50%击穿电压有比较明显的影响,呈现“U”形曲线;杆塔塔窗宽度对50%击穿电压影响较小,随着宽度增大,50%击穿电压有减小的趋势。     

负极性雷击下地面物体上行先导稳定起始的初始流注动态临界长度判据

厘清雷击作用下地面物体上行先导的起始物理机制,是防雷系统分析设计以及提升防护性能的重要基础。在现有先导发展模型基础上,该文纳入雷电下行先导发展速度对上行先导起始的影响作用,给出单位长度上行先导发展所需电荷量与先导发展速度的关系,并改进稳定先导的起始条件,建立负极性雷击下的上行先导发展模型。通过模拟风电机组不同位置的上行先导起始情况,指出稳定上行先导起始时,其初始流注长度存在某个临界值。由此提出判别稳定先导起始的初始流注动态临界长度判据,即地面物体附近空间背景电势曲线和流注区域电势曲线的交点横坐标(初始流注长度)超过临界值时,稳定上行先导起始。长间隙放电与实际雷电观测结果验证了该判据的有效性和正确性。该判据显著简化了上行先导起始的判断过程,拓展了现有平均背景电场判据和临界长度判据的概念,并指出动态临界长度受雷电下行先导发展速度和雷电流峰值的共同影响。通过与已有上行先导起始判据的交互比较发现,所提判据能更好地模拟地面高大物体(如风电机组)的上行先导起始过程,可为雷击防护系统优化设计提供理论和方法依据。     

基于模拟电荷的上行先导起始模型研究及绕击特性分析

针对传统先导法对导线运行电压模拟与上行先导起始判断的不足,对上行先导起始判据进行改进,并建立先导发展模型。通过研究上行先导起始过程空间电场变化情况,得到了以平均场强为判据的改进上行先导起始模型,与Peek判据对比发现,传统先导模型夸大了雷云对先导的吸引能力。通过实例分析验证了所提模型的有效性,并应用所提模型分析输电线路绕击特性,提出雷电防护措施。     

输电线路雷击概率及影响因素研究

雷击概率的研究对于有效的防雷、减小雷灾造成的危害有着非常重要的意义。首先分析了雷击的基本物理过程,根据雷击路径与场强最大方向一致的原理,假定场强最大方向为雷击概率较大的方向。在此基础上建立了雷击过程中先导放电阶段上下行先导电场分布的物理模型。分别研究了输电线路高度、所带电压极性、雷击角度几方面的因素对于雷击概率的影响,并得出以上几种因素对雷击概率影响的变化规律。对输电线路防雷工程有一定指导作用。     

基于连续先导的线路绝缘闪络判据的研究

在输电线路防雷性能的研究中,绝缘子闪络判据直接决定了计算线路耐雷水平的准确性。为此根据长空气间隙的物理放电机理,并综合绝缘子串的结构特点,建立了基于连续先导发展的绝缘子串闪络模型。利用该模型计算得到绝缘子串的伏秒特性曲线,并与实际测量数据相比较,验证模型的准确性。以500 kV线路为例,计算了不同闪络判据方法下的反击耐雷水平,结合国内外高压输电线路运行经验,分析了各方法的准确性和适用范围。并根据该模型进一步研究了杆塔冲击接地电阻与绝缘子串型号对线路耐雷水平的影响。研究结果表明,与传统的仅考虑绝缘子串长而对其具体结构影响考虑不充分的先导闪络判据相比,文中所建立的基于连续先导的绝缘子闪络判据模型准确性更高。     

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展EI北大核心CSCD

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

基于函数逼近能力的母线保护的研究及仿真

ANN分类能力的ANN保护方法需要大量故障样本,但由于完整的故障样本的获取不易,提出了基于人工神经网络(ANN)函数逼近能力的ANN母线保护方法.函数逼近能力是ANN具有的重要性能之一,依据ANN具有的函数逼近能力,可用ANN模型去替代一个确定的物理对象.母线保护的物理对象是一个输入输出关系确定的函数对象,可用一个ANN模型去替代,或用一个ANN数学模型去逼近母线保护物理对象的输入输出之间的函数关系.通过这个在无故障运行时学习训练出来的母线保护对象的ANN数学模型,就能判断区分母线保护对象的区内和区外故障.     

高海拔地区特高压直流线路绝缘子的正极性先导发展法闪络判据

绝缘子雷击闪络判据是输电线路耐雷性能分析的重要组成部分。其中,CIGRE推荐的先导发展法得到了广泛应用。但是该模型没有考虑高海拔、先导通道内部压降El和末跃过程。因此,在特高压工程技术(昆明)国家工程实验室,开展了V串和I串悬挂方式的±800 k V线路用复合绝缘子在正极性雷电冲击下的50%击穿电压U50%和伏秒特性试验。结果表明:V串绝缘子U50%比相同绝缘长度的I串低,且伏秒特性曲线较为陡峭。基于绝缘子/空气间隙放电的物理过程,考虑先导通道内部压降Ul和末跃长度hf,提出了改进的先导发展模型。结合伏秒特性试验数据,I串和V串绝缘子正极性先导发展法系数k与临界先导起始场强E0值分别修正为0.73′10~(-6)m~2/(V~2·s)、495 k V/m和0.53′10~(-6) m~2/(V~2·s)、440 k V/m。修正后的先导发展模型可以作为高海拔地区I串和V串绝缘子的闪络判据。     

基于雷电上行先导起始物理机制的风机叶片雷击概率评估模型

风机叶片雷击损伤事故严重威胁风电场正常运行,传统分析方法无法给出叶片表面任意点雷击概率,现有叶片防雷系统设计尚无成熟理论作为指导。该文基于上行先导起始物理机制,提出了风机叶片表面任意位置雷击概率计算方法,建立了风机叶片雷击概率评估模型。考虑不同叶片姿态、下行先导侧面距离、接闪器布置方式等因素,分析了1.5MW典型风机在不同工况下雷击概率分布,并与试验结果相对照,验证了模型的有效性。结果表明:接闪器保护范围随叶片角度变化而变化,呈现不对称的特点,雷电下行先导侧面距离对接闪器保护范围的影响具有方向性,叶尖接闪器的防护效果优于叶身接闪器。该评估模型可为叶片防雷系统优化设计提供理论分析工具。     

绝缘子调爬后变电站配电设备过电压计算

污闪事故的频繁发生导致各地供电公司都进行大规模的绝缘子调爬工程,绝缘子调爬后雷击闪络电压升高,入侵变电站的过电压幅值和陡度都有很大变化。本文通过对比不同绝缘子的闪络机理,研究了一种基于先导法原理的ATP-EMTP闪络模型,验证了模型在判据绝缘子闪络的可行性。应用绝缘子的先导闪络模型,通过ATP-EMTP仿真,计算了线路绝缘子调爬后变电站配电设备的过电压幅值。研究结果表明,基于先导法的绝缘子闪络原理能更好的解释绝缘子闪络的物理过程,当绝缘子片数增加到一定值时,如果绝缘子发生闪络,入侵到变电站的雷电波将产生较大过电压,使得设备的绝缘配合不满足要求,危及设备的安全运行。