陕西地区雷电参数统计与配网雷电过电压研究

为了研究陕西省雷电地闪次数的时空分布以及雷电流幅值的变化特征,为防雷工程设计提供参考,根据陕西省2012-2017年雷电定位系统监测的相关数据对该地区雷电参数进行了统计分析。同时,为了了解配电线路感应雷过电压的影响因素,采用MODELS语言结合ATP软件,进行了感应雷过电压影响因素仿真分析。结果表明:陕西省地闪2017年约有21万余次落雷,整体呈现南北部地闪密度高,中部地闪密度低的趋势;雷暴天气主要集中在7、8月,中值电流为32 kA,雷电流幅值在16～40 kA的比例较大;感应雷过电压随着雷电流幅值的增加而增加,同时雷击点位置和杆塔高度也对感应雷过电压有较大影响。     

基于危险雷电流区间分布的输电线路雷击故障性质判断方法

雷电定位系统可获取雷电流幅值、定位等信息,用于线路雷击故障定位,但至今缺乏实用的方法将雷击信息与线路雷击跳闸信息合理整合,实现雷击故障性质判定。为此,对不同杆塔接地电阻下线路反击耐雷水平及不同地线保护角和地面倾角下线路绕击临界雷电流分布区间进行量化,得到线路直击雷危险雷电流幅值分布区间,再以雷电定位系统监测所得雷击电流幅值与反击、绕击危险雷电流区间作比对的机制,建立线路雷击故障性质判别概率算法模型,形成一套完整的雷击故障性质判断方法,并基于此开发了线路雷击故障性质判断软件。经典型雷击跳闸线路的雷击性质判断验证,该方法能实现输电线路雷击故障性质的快速判定,判断结论准确可靠。     

配网线路避雷器雷电放电电流和吸收能量特性分析

配网线路避雷器雷击放电电流特性是其动作负荷、残压、型号选择、试验考核和运行寿命评估的关键依据。在建立配电网输电线路防雷计算模型的基础上,用电磁暂态计算程序ATPEMTP对无避雷线的典型10 kV配电线路在不同雷击途径下流经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分析。研究了不同波形、幅值雷电流侵入时,不同杆塔冲击接地电阻下,线路避雷器的放电电流和吸收能量特性,分析了雷电流幅值、波形、冲击接地电阻对放电电流的幅值、波头时间、波尾时间和避雷器吸收能量的影响。研究结果表明:雷直击线路时,避雷器放电电流幅值和吸收能量均随冲击接地电阻阻值的增大而减小,而雷击塔顶时相反。     

基于ATP-EMTP的10kV配电线路雷击性能研究

针对雷击10 kV架空配电线路时,配电线路直击雷过电压的计算与分析展开了一系列的研究。利用ATP-EMTP软件建立了直击雷过电压仿真模型,对比分析了雷直击杆塔顶部和雷直击相导线两种情况下的直击雷过电压波形和幅值。对10 kV农村架空配电线路遭受高幅值雷电流时的直击雷闪络特性做出了相关计算,给出了遭受高幅值雷电流时的绝缘闪络个数,雷击闪络时的雷电流沿线分布情况。仿真结果表明,雷电流幅值越大,雷击瞬间发生杆塔闪络的范围也在扩大,而且发生闪络的杆塔入地电流沿雷击点向两边递减。     

雷电定位系统在输电线路雷击故障分析中的应用

雷击故障是输电线路的主要故障,识别雷击故障原因能有效提高和改进输电线路的雷击可靠性水平。结合220kV输电线路雷击故障的现场调查数据,采用雷电定位系统得到的雷电流参数在电磁暂态仿真软件ATP-EMTP建立输电线路雷击过电压仿真模型,分析了输电线路在不同雷电流下的跳闸性质。仿真结果表明,基于雷电定位系统和电磁暂态仿真能有效判别线路故障的性质,为线路的运行、维护和改造提供参考。     

云南高海拔地区雷电活动分布规律的研究

为获取云南省的雷电活动规律,结合雷电定位系统2005年—2008年的雷电监测数据,对整个云南省的落雷次数、雷暴日、落雷密度等雷电参数进行统计分析,并对雷电流幅值分布进行拟合。结果表明,采用IEEE推荐的表达式比雷电定位系统测量的雷电流幅值累积概率曲线和概率密度曲线拟合效果比采用我国现行规程中推荐公式要好,规程推荐的雷电流幅值累积概率在大于29 kA时比实际值大,而规程推荐的典型杆塔反击耐雷水平大于41 kA,这使得反击耐雷水平的设计趋于保守。根据电气几何模型的基本原理,对输电线路的绕击跳闸率进行计算,结果表明实际雷电流幅值概率密度计算得到的绕击跳闸率将比规程推荐公式计算值大,当最大绕击雷电流达到80kA时,所有电压等级的绕击跳闸率将是规程计算绕击跳闸率的4倍以上,这与目前高压输电线路雷击跳闸率比设计值偏高的事实基本相符。     

不同雷电侵入方式下线路避雷器放电电流分析

国标中规定避雷器标称放电电流是用来划分避雷器等级的、具有波形的雷电冲击电流峰值,它关系到避雷器选择、试验考核及运行应力。然而实际运行中,避雷器(简称MOA)放电电流与8/20μs相去甚远。本文通过搭建500kV线路避雷器模型,对不同雷电侵入方式下线路MOA的放电电流进行了仿真计算,结果表明:雷击塔顶及绕击情况下MOA放电电流波头均比8/20μs短得多;相同雷电流幅值下,雷电流波头越长,MOA放电电流波头也越长且幅值越低;相同雷电流波形下,雷电流幅值越高,MOA放电电流幅值也越高且波头越长,且安装相数及雷电波波尾对MOA放电电流影响不大。本研究对避雷器的合理试验提供了一定的依据。     

基于雷电流频谱特性研究提高线路耐雷性能的方法

输电线路防雷机理和措施一直以来是国内外研究的热点,在输电线路防雷保护基础研究中,雷电流参数具有重要研究意义。针对雷电流基础参数结合雷电流频谱特性,从滤波角度探索研究提高输电线路耐雷性能的新方法。首先,基于各种雷电流模型简要分析雷电流频谱特性。其次,采用3阶巴沃特斯低通滤波器对雷电流进行滤波分析,仿真结果表明,滤波后雷电流波形发生明显变化,波头变平缓即陡度下降但幅值变化较小。最后,基于PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件建立了某110kV、220kV和500kV输电线路耐雷性能仿真模型,仿真分析了雷电流滤波前后对各电压等级输电线路反击耐雷水平的影响。仿真结果表明,雷电流滤波后各电压等级输电线路绝缘子串两端电压波形变得较平缓、光滑,其反击耐雷水平得到了大幅提高。因此,可结合雷电特点及滤波器的可实现性方面设计基于滤波器概念的新型防雷装置。     

分布式基站远端射频单元直流电源雷电浪涌防护

为了有效对分布式基站远端射频单元(RRU)直流电源进行雷电浪涌防护,需要对具体保护方式及效果进行研究。本文介绍了几种常见的塔放式RRU直流电源SPD防护模式,利用EM-TP软件搭建仿真模型,分析雷击通信铁塔时不同保护模式的防护效果,讨论铁塔高度和雷电流波形对RRU电源线泄散雷电流幅值的影响,最后计算不同雷电流波形下电缆与SPD承受能量占全部能量的比值。仿真结果表明:在-48 V、RTN线与铁塔三线间均安装SPD时防护效果最好,流经直流电缆的电流幅值最低,波形持续时间也最短。铁塔高度越低,流经电缆电流幅值越小,电流持续时间也越短。雷电流波头时间越短,流经电缆电流幅值越大。雷电流波形对电缆承受能量的百分比影响很小,但对SPD承受能量的百分比影响很大。     

雷电统计参数对电网雷击跳闸率计算的影响

雷电活动是输电线路雷害的主要成因.近年来随着我国雷电定位精度的提高,传统的输电线路防雷计算理论亟需通过线路雷害统计数据的验证.笔者结合国内外输电线路防雷标准,通过2012 ～2014年广西自治区电网雷电定位系统与220 kV输电线路雷害数据的统计,分析了线路雷击跳闸率与关键雷电参数间的关系.并采用规程法计算了该地区典型220 kV线路雷击跳闸率,对比计算结果与统计值的偏差,说明各地区分别统计的地闪密度和雷电流幅值参数有助于减小线路雷击跳闸率计算误差.     

10kV线路避雷器直击雷放电电流的影响因素研究

10 kV线路避雷器雷击放电电流是其试验方法、型号选择和运行寿命评估的关键问题。采用电磁暂态程序(EMTP)和电气几何模型法,分析了首次和后续雷击典型结构10 kV线路杆塔和导线的情况下,首次雷击和后续雷击的雷电流波头、波尾和幅值概率分布、杆塔接地电阻和杆塔高度等因素对避雷器放电电流的影响。结果表明:首次雷击引起的避雷器放电电流幅值、波尾、年预计雷击数比后续雷击大得多;取雷电流中值波头、中值波尾首次雷击杆塔情况下,避雷器放电电流波形能量大于标称放电电流8/20 s波形;雷电流幅值分布中值电流增大,线路避雷器放电电流波头、波尾、幅值和线路年预计雷击数都增加。     

架空金属线路雷电感应电流热效应分析

定量估算了雷电感应电流在单、双股架空铝、铜金属线上的最大温升,分析了相关参数与最大温升之间的关系,并对最大温升能熔断多大截面的架空金属导线问题进行了计算分析。结果表明:雷电感应电流在单股架空铜和铝金属线路上产生最大温升随导线截面积q的减小而成指数增大;随架空线路高度hd的增大而增大,其变化率随雷电流幅值的增加而增大;随雷击电流幅值I的增大而增大,其变化率随雷击电流波下降沿半值时间的增加而增大。雷电感应电流在双股架空铜和铝金属线路上产生最大温升随两股导线之间距离的减小而成指数增大。雷击架空金属线路附近时,雷击电流在架空金属线路上形成的雷电感应电流使之产生的温升一般不能熔断1.5 mm2以上的单股架空铜和铝导线,但存在熔断架空护导线的可能性。     

基于正态分布雷电参数的220kV线路雷击跳闸模拟

假定雷电参数的统计变化服从自然对数正态分布,随机抽样雷电流幅值和波头时间、导线工频瞬时电压,用蒙特卡罗法计算线路雷击跳闸率。模拟结果显示考虑工频电压叠加对绕击闪络次数影响不大,对反击闪络次数有一定影响,但在220 kV线路防雷计算可以忽略,与广西电网某220 kV输电线路雷击跳闸率统计值对比吻合。规程法计算雷击跳闸率偏向于保守,基于正态分布雷电参数模型能合理解释小幅值大陡度雷电流引起的绝缘闪络,大幅值小陡度和小幅值大陡度雷电流引发雷击闪络的频率接近。     

海南电网雷电参数特征及应用研究

海南岛是我国典型的雷击高发区,以海南电网雷电定位系统2005-2010年监测数据为基础,分析海南岛雷电活动的时间、空间、电流强度分布特征,对空间分布参数雷电日和地闪密度进行系统比较,并进一步研究了地闪密度等典型雷电参数在防雷工程中的应用方法。结果表明:海南岛中北部雷电活动最强烈,向四周发展雷电活动逐渐减弱,全岛雷电流幅值普遍较小;地闪密度相比雷电日参数更加科学适用;地闪密度可用于线路的引雷性能、易击段分析,结合雷电流参数可进行线路的易闪段分析及差异化防雷性能评估,相关案例分析表明其应用结果与运行经验相吻合。     

气体绝缘金属封闭输电线路雷电侵入过电压研究

气体绝缘金属封闭输电线(GIL)因其具有容量大、传输损耗少等优点逐步得到推广,需要分析GIL雷电过电压威胁及其相应防护措施。利用EMTP软件搭建500 k V输电线路和GIL模型,计算线路发生反击和绕击情况下GIL雷电过电压,比较过电压暂态特性差异,分析过电压对绝缘威胁及安装额外金属氧化物避雷器对过电压的抑制效果,讨论GIL上避雷器安装位置对防护效果的影响。分析结果表明:线路发生反击时,GIL过电压波形振荡比绕击时剧烈,但过电压幅值要低于绕击情况。距离雷击点越远,GIL过电压幅值越高。GIL过电压随着雷击电流幅值的增加而增大,在GIL上安装额外避雷器基本能够实现有效雷电过电压防护,但防护效果受避雷器安装位置影响。     

基于电磁暂态仿真软件雷电过电压仿真误差研究

电磁暂态仿真软件(ATP-EMTP)是电力系统用于雷电暂态过电压仿真的主要软件,主要运用于电力系统的初步防雷保护设计以及对现有防雷措施进行改造研究。仿真结果的精确性直接关系到整个防雷保护设计以及改造的成效,因此对仿真软件的精确性研究至关重要。主要采用目前雷击输电线路仿真电路模型,对雷电流模型输出以及雷击点电流进行检测,同时对比计算出雷电流模型设置参数为3kA以及雷击点作用电流3kA两种情况下四点过电压的误差率。仿真实验结果得出了雷电流电源模型与实际作用电流的误差率,同时得到该雷电流误差率导致的各点过电压误差率。通过对仿真软件误差研究,不仅为提高雷电过电压仿真精确性提供了相应的参考意义,同时保证了电力系统的耐雷水平,降低了雷击跳闸率,提高电力系统的供电可靠性。     

不同频域范围对水平接地体的雷电冲击响应特性的影响分析

雷电流可分解为不同的频率分量,目前对于雷电流各频域范围与冲击响应电压之间的对应关系还缺乏相应的研究。在CDEGS中建立土壤电阻率500Ω·m下的100 m长水平接地体模型,利用MATLAB计算研究2.6/50μs雷电流中各频域范围对100 m长水平接地体的冲击电压幅值及幅值时间的影响,研究了将雷电流通过傅里叶变换分解为一系列的离散频率,计算接地极在各频率下的响应电压,再通过傅里叶反变换合成得到雷电流冲击响应电压波形的方法。并通过与CDEGS仿真的雷电流冲击响应电压波形对比分析,证明该方法可用于计算雷电流作用下接地极的冲击响应电压。研究发现雷电流不同频域范围对接地体冲击响应电压的影响不同:0~33 333 Hz频域对冲击电压幅值起增幅作用并且增幅程度最大;66 666~360 000 Hz的频域主要影响峰值电压出现的时间;586 667~910 000 Hz频域对冲击电压幅值起削弱作用,对冲击电压幅值时间影响较小;1 080 000 Hz之后频域主要产生毛刺谐波,此外还会削弱冲击电压的幅值。     

10kV架空配电线路感应雷过电压暂态特性分析

研究架空配电线路的感应雷过电压特性对分析配网雷击风险有重要意义。基于传输线模型和电磁场理论,计算了回击过程产生的空间电磁场,先导发展过程产生的静电感应影响了线路上的过电压波形。采用Agrawal场线耦合模型和时域有限差分法(FDTD)求得导线上产生的散射电压。通过与文献实测结果对比,验证了方法的有效性。针对典型的10kV架空配电线路,分析了先导发展速度、雷击点与导线间的水平距离、导线高度和雷电流幅值不同时的感应过电压波形特性。结果表明:先导发展速度越快,感应雷过电压波前时间越短,过电压幅值越大,越容易造成线路绝缘闪络。     

基于磁光效应对雷电流参数测量系统的研究

雷电流参数的测量对于研究雷电物理特性以及雷电防护工作具有非常重要的意义。为了准确地测量雷电流参数,利用法拉第磁光效应原理,研发了一种利用光纤测量雷电流参数系统。该系统以光纤为介质,通过测量光波在磁光材料中偏振面在雷电流磁场作用下产生旋转的角度,来反推被测雷电流的大小。通过试验证明:该系统具备高灵敏度和抗扰度,能安装在接闪器上监测雷电流数据,并对雷电流的数据进行统计分析,同样也适用于雷电流模拟发生器所产生雷电流的测量,对雷击灾害实施有效的监测和提高准确的数据,具有一定的工程使用价值。     

某地区雷电参数分析及配电线路地闪密度统计方法研究

雷电作为一种自然现象,长期威胁着电网的安全稳定运行。为给配电线路雷电防护设计和运行维护提供依据,通过雷电定位系统的监测数据,对某地区2011—2015年雷电参数进行统计,分析了该地区地闪密度、落雷总数以及雷电流幅值累积概率分布曲线的特征,结果表明:地区地闪密度呈现从西北到东南逐渐降低的趋势、落雷总数也逐年降低。中值电流幅值先增大后减小,2014年雷电流大于感应雷耐雷水平的概率为42.6%。最后,通过研究对比不同的配电线路雷电参数统计方法,提出一种基于配网拓扑网状结构的雷电参数统计新方法。