人工触发闪电引发的低压电源系统过电压特征

针对全国自动气象站采集器屡遭雷击致使不能正常业务运行的现象,开展了自动气象站电子设备电源系统雷电防护试验。利用人工触发闪电技术,对自动气象站采集器电源线路感应过电压进行了观测,对雷击造成的感应效应和采集器等电子设备的雷电防护关键技术进行了探讨。分析了多回击触发闪电引起输电线路的感应过电压特征、浪涌保护器(SPD)残压特征以及与触发闪电之间的关系。结果表明:近距离触发闪电的回击过程在架空线路上产生峰值达十几kV的双极性感应过电压,过电压可分为主峰值段和后续过电压两个阶段,其平均持续时间分别约100μs和4 ms,后续过电压持续时间与回击后连续电流的波动有关;在人工触发闪电的初始连续电流阶段也能感应>2 kV的过电压,且持续时间较长,过电压集中段时间约12 ms,平均电压332.5 V,其对输电线路造成的危害也不容忽视。SPD残压峰值与触发闪电电流峰值有较好的正相关关系,相关系数为0.86,SPD残压特性稳定,在一定程度上起到了限压泄流的作用。     

自然雷电下氧化锌避雷器残压特征分析

对自然闪电条件下氧化锌避雷器的残压波形特征进行了分析。通过线路过电压和快电场的变化,对记录的12次自然闪电引起的避雷器残压波形进行了分析。分析结果表明,自然闪电条件下的避雷器残压持续时间约330 μs,明显长于实验室用8/20 μs波形电流冲击得到的几十微秒残压持续时间,波形宽度过长可能会造成压敏电阻体的熔化穿孔。其次,避雷器上残压波形与闪电放电过程紧密相关,具有较多的不规则性。此外,避雷器对前端埋地50 m的线路过电压有一定的抑制作用,对闪电首次回击引起的过电压抑制作用较弱,对继后回击引起的过电压抑制作用较强。     

一次触发闪电引起的SPD接地线电流特征分析

基于一次人工触发闪电,对架空配电线路上氧化锌避雷器（surge protective device,SPD）的接地线电流特征进行了分析。在分析时发现,近距离闪电发生时,架空线路耦合产生过电压引起的SPD接地线电流峰值达到-961.0 A,平均10%~90%上升时间为17.5 μs,平均半峰值时间为68.1 μs,与实验室标准测试波形有较大的差异。另外,仅由于雷电电磁脉冲产生感应过电压的冲击,SPD是不容易被损坏的。经相关性分析发现,回击引起SPD接地线电流参数与触发闪电10%~90%上升时间对应陡度有密切的关系,SPD接地线电流峰值、半峰值时间、中和电量以及单位电阻能量都与其有较好的线性相关,拟合优度R2分别为0.83、0.83、0.90及0.94。     

后续回击下限压型浪涌保护器的伏安特性及其级联配合

为保护电子信息系统免受雷电过电压的侵害,建筑物内常安装多级浪涌保护器(SPD)实现配合保护。限压型SPD的两级配合保护是其中一种常见形式,其主要限压元件是金属氧化物压敏电阻(MOV)。自然雷闪中可能出现的后续回击电流不仅有极陡的上升沿,还会影响限压元件的伏安特性,影响两级SPD间的能量配合。对MOV在后续回击下的伏安特性进行了试验研究,基于MOV在后续回击电流下的残压变化特点,理论分析了后续回击下的两级SPD配合特性。进一步仿真分析了后续回击下SPD配合的影响因素,并试验验证。仿真和试验结果表明,后续回击下,限压型SPD的残压相比同幅值标准8/20μs冲击电流下增加了6.8%~36.8%。后续回击下,两级SPD更容易达到有效的能量配合,但也可能使第二级SPD不导通而没起到保护作用。同时,SPD组合方式、级间距离和负载类型也会影响后续回击下SPD的有效配合。     

基于改进Agrawal模型和FDTD法的感应雷过电压算法

为了计算架空配电线路雷电感应过电压,利用Nucci提出的雷电回击通道模型(MTLE模型),计算雷电回击电流产生的空间电磁场,采用Cooray-Rubinstein公式计算大地电导率影响的水平电场分量,并改进Agrawal场线耦合模型,建立架空配电线路雷电感应过电压方程,基于时域有限差分(FDTD)法,计算10 kV架空线路的雷电感应过电压数值。结果表明,大地电导率对计算结果影响较大,大地电导率使线路上的感应电压幅值降低接近20 kV;不同回击传播速率也影响感应雷过电压的数值。定量计算雷电感应过电压,需要分析各种因素对计算感应雷击过电压的影响,完善计算方法,保障计算准确性,使理论与计算方法适用于实际的配电线路防雷设计,提供有价值的参考依据。     

基于多脉冲回击电流模型的输电线路耦合过电压研究

在常规的输电线路耦合雷电过电压研究工作中,通常只考虑回击电流只有一个脉冲的情况,而实际观测试验显示回击电流呈多个脉冲峰值逐渐削减变化,因此采用ATP-EMTP电磁仿真软件构建三个脉冲回击电流模型,研究导线耦合过电压变化趋势.研究表明,第一个脉冲作用下计算结果与国标结果相对误差为7.06％,验证所构建的算法的准确性,其次雷击点与架空输电线路距离在一定范围内,三个脉冲作用下导线耦合过电压差异性较大,随着雷击点与线路距离增加,过电压差异性相对较小.     

一次近距离自然闪电输电线路感应电压观测

为了研究闪电在线路上产生的感应电压波形特征,分析了2008-07-31在距离低压电力线路410m附近发生的包含7次回击的自然闪电在电力线路上产生的感应电压的观测结果。在输电线路末端观测到该感应电压的波形,其电压幅值在1.05～6.33kV范围内,波前时间在6.25～36.5μs范围内,持续时间基本>200μs,最大可达1.13ms,各次感应电压之间的间隔时间在36.2～221.4ms范围内。L线和N线上的感应电压波形没有明显区别,但幅度稍有差别,L线上的峰值电压比N线上的峰值电压大了10%。根据电压波形特点,这些感应电压可分为3类。此外,输电线路经过埋地金属管后,感应电压负峰值有明显衰减,而正峰值没有明显衰减。观测的感应电压峰值比基于Rusck模型计算的数值小了约10%,但与雷电流峰值之间具有很好的线性拟合关系,线性拟合系数为0.923。     

人工引发闪电和自然闪电回击电流波形的对比分析

对2005年夏季在山东引雷实验中获得的一次传统人工引发闪电1μs时间分辨率的电流资料进行了分析。整个电流持续时间约1120ms,包含10次回击过程,时间间隔为18~210ms,平均为87ms;回击电流峰值的几何平均值为11.9kA,变化范围为6.6~21.0kA。通过人工引发闪电和自然闪电的对比分析,发现传统人工引发闪电的回击电流峰值(10~17kA)与自然闪电的继后回击(12~18kA)基本一致;空中人工引发闪电的首次回击(也有作者称为"小回击过程")电流峰值(24~37kA)略小于自然闪电的首次回击(30~45kA);不同地区下行自然闪电回击电流峰值存在最大约50%的差异;上行自然闪电回击电流峰值(8~10kA)小于其他类型的回击。     

电涌保护器残压测量中的影响因素分析

按GB 18802.1—2002之规定进行8/20μs冲击电流下的电涌保护器(SPD)残压测试时,测试结果常受到各种因素的影响。笔者通过试验验证,理论探讨,分析了SPD两端引线、高压探头与被测SPD之间的连线方式、残压信号传输线缆等多种因素对残压测量结果的影响。确定了电涌保护器残压测量过程中的各种影响因素及影响趋势,提出准确测量残压的方法。     

配电网架空线路感应雷过电压产生机理与防护

对配电网架空线路感应雷过电压产生机理进行了详细的探讨,提出静电感应分量是配电网线路感应雷过电压的主要构成部分。通过对架空线路雷击静电感应过电压模型的求解,给出了感应雷过电压的计算方法。在配电网输电系统中采用以下措施——架设避雷线;安装避雷器;减小工频电弧建弧率;提高线路耐雷水平,可以有效地防护配电网架空线路感应雷过电压,保证系统安全、经济运行。     

输电线路综合防雷技术探讨

结合实际运行经验,对输电线路雷击故障进行统计,分析引起线路雷击跳闸的主要原因,综合评估输电线路各项防雷措施.结合现场微地形、微气候条件,在满足经济性和技术性的前提下,针对一般架空输电线路给出综合防雷治理方案.     

高压架空输电线路雷击过电压的仿真计算与分析研究之一:输电线路雷电过电压仿真计算模型的建立

为加强高压架空输电线路抵御雷害的能力,通过阐述我国110kV及以上高压输电线路的基本情况,利用ATP—EMTP电磁暂态计算程序建立输电线路雷电过电压仿真计算模型,为进一步深入开展高压架空输电线路雷电过电压仿真计算分析提供依据。     

35kV输电线路避雷器的雷电放电电流和吸收能量

在建立输电线路防雷计算模型的基础上,用电磁暂态计算程序对有、无避雷线的35 kV输电线路避雷器的雷电放电电流和吸收的雷电放电能量进行了计算。具体计算了不同幅值的雷电流作用下,不同冲击接地电阻时,线路上避雷器的放电电流和吸收的比能量,讨论了雷电流、接地电阻对放电电流和比能量的影响,并对分别装在有、无避雷线的输电线路上的避雷器的放电电流和比能量进行了纵向比较分析。     

山区架空输电线路防雷技术研究

为了解决广西电网山区高杆塔输电线路雷击跳闸率高的问题,利用ATPDraw仿真软件研究分析在输电线路高杆塔上架设避雷器和用滚球法原理安装避雷侧针的理论防雷效果,并对广西电网雷击跳闸率较高的输电线路进行防雷措施试点改造,对雷电易击段有选择性地采取装设线路避雷器、加强线路绝缘和装设防绕击避雷针等综合防雷技术措施,改造后的输电线路雷击跳闸率逐年下降。     

广东电网同塔多回线路雷击跳闸影响因素及故障分析

近年来广东地区线路工程用地趋紧,同塔多回线路规模迅速增大,导致多回线路雷击同时跳闸比例显著上升,给电网安全运行带来新的挑战。介绍同塔线路雷击同时跳闸的特点,分析雷击跳闸关键因素的影响,并对典型雷击同时跳闸故障进行电磁暂态复原分析。指出雷电反击是造成同塔线路多回同时跳闸的绝对主因,但强雷暴过程中连续雷电绕击也会导致多回线路同时跳闸,强调应重点防止110、220 kV同塔线路双回雷击同时跳闸。并指出同塔线路反击跳闸受工频电压及相序排列影响较大,雷击同时跳闸较多发生在同名相,且上横担绝缘子距雷击点较近较易发生闪络。     

云广±800 kV特高压直流输电线路耐雷性能研究

国内外运行经验表明，雷击是造成输电线路跳闸的主要原因。基于杆塔的多波阻抗模型和基于先导发展的雷电屏蔽模型，分析了云广±800 kV特高压直流输电线路的反击、绕击耐雷性能及其影响因素。结果表明：随着杆塔高度的降低，冲击接地电阻的减小，线路反击性能增强；随着保护角的减小，地面倾角的减小，海拔的降低，线路雷电屏蔽性能增强；引起特高压输电线路雷击故障的主要因素是雷电绕击，建议特高压输电线路采用负保护角运行。     

输电线路雷击故障定位与识别

雷击故障是输电线路的主要故障,准确定位雷击故障并识别雷击故障能有效提高和改进输电线路的雷击可靠性水平。针对国内现有雷电故障指示装置不能有效识别雷击性质的不足,研究了雷击闪络后的电流信号特征及输电线路发生反击和绕击时的电位变化特征,提出了一种新的雷击故障定位与识别方法,同时开发出了输电线路雷电故障指示装置。仿真试验和实际运行结果表明,采用雷击闪络后的电流信号与输电线路发生绕击和反击时的电压信号相结合的方法能有效地进行雷击故障的定位与识别。     

输电线路感应雷与直击雷的辨识方法研究

利用单偶极子电磁场和输电线路周围电磁场的理论对输电线路感应雷电磁暂态特征进行计算分析,结合现场实际情况,以220kV输电线路为例对感应雷电流波形进行仿真,得到感应雷和直击雷的辨识方法,并在此基础上提出利用人工智能神经网络方法来构建输电线路感应雷与直击雷辨识系统。     

降低110kV线路跳闸率研究

近几年,输电线路因各种原因跳闸次数较高,其中雷击跳闸为线路主要跳闸原因。我国电网防雷体系由输电线路外部防御和变电站核心防御构成,但防雷体系中输电线路防御的薄弱特征十分明显。我们对近四年的110kV跳闸情况进行分析,逐年采取防雷措施,有效降低线路雷击跳闸率,提高输电线路运行水平。     

陕南、陕北山区架空输电线路防雷技术措施的应用

陕西电网330 kV线路雷击跳闸事件主要集中在陕南、陕北地区,其雷击闪络次数占全省闪络次数的95.7%.通过对陕南、陕北地区输电线路雷击跳闸规律的分析,提出330 kV线路以防绕击为重点的防雷思路.根据不同重点确定不同的防雷措施,并对各种措施进行了评估、分析,提出输电线路防雷改造应根据线路走径的地形特点和雷击跳闸的原因采取相应措施,防雷措施应遵循因地制宜和综合治理的方针.