直击雷故障类型下雷电流分流系数仿真研究

雷电参数反演研究对采取有效防雷措施具有十分重要的意义。不同雷击故障类型的输电线路雷电流分布情况相差较大,给雷电流幅值反演带来极大困难,有必要对直击雷下的雷电流分布进行研究。以110 k V输电线路典型直击雷故障电流波为研究对象,首先介绍基于微分环的输电线路雷电流在线监测系统监测原理以明确杆塔分流系数相关量;其次,结合某110 k V输电线路实际参数,建立ATP-EMTP电磁暂态仿真模型;最后,分析不同波形及幅值的雷电流源在直击雷故障下的雷电流分布情况以统计分流系数变化规律。ATP-EMTP结果表明,不同波形的雷电流源下绕击闪络分流系数及其随幅值变化的变化规律相近,而不同波形雷电流源下反击的分流系数相差较大,其随幅值变化的变化规律均较为平稳。因此,雷电流参数反演计算时可根据不同直击雷故障类型采用相应的选择方案。     

特高压输电线路雷击闪络电流的测量

为测量雷电参数,提出一输电线路杆塔的雷电流实测系统即在绝缘子串杆塔侧金具上钳套罗果夫斯基型电流传感器,测量雷击时的闪络电流,进而算出雷电流幅值;以110kV同杆双回线路为例,分析了反击和绕击时闪络电流的频谱,从而确定了传感器的测量频带。实验室中冲击大电流试验研究传感器及测量系统准确性、稳定性和线性度的试验表明:该测量系统能准确反映各种波形的冲击电流幅值,且稳定性和线性度很好。     

110 kV高压输电线路杆塔分流系数的研究

高压输电线路是电力系统的薄弱环节,为解决如何防止输电线路雷击闪络、避免雷击跳闸的难题,研究了关键参数雷电流分流系数及影响它的两个重要方面雷电流幅值和最大陡度。用EMTP软件和不同的雷电流模型仿真模拟,分析不同幅值和不同波头的雷电流对杆塔分流系数影响的结果表明,相同波形雷电流,幅值改变对杆塔分流系数影响较小,而雷电流陡度改变的影响较大。最后用金属磁带测量实验验证了仿真结果的正确性。     

架空输电线路雷电流波形实时监测系统

针对当前架空输电线路雷击点的查找和雷击形式判断难题,通过对雷击输电线路电流路径研究和雷击杆塔仿真计算,得出了雷击导地线、杆塔电流路径和绝缘子串闪络监测及判别方法,研制了可快速分析判断雷击线路杆塔号、雷击地线或导线相别、位置、雷电流极性和雷击形式的雷电流幅值、时间和波形等参数的实时监测系统。经过1年多运行,监测系统于2007-04-22成功监测到雷击110kV汪官线#51杆塔雷电流参数,首次实测到了雷击杆塔电流波形、幅值和极性。     

基于雷电流传输特性与时频特性的防雷器件应用设计与应用分析

在电力系统的防雷保护中,雷电流的传输特性和时频特性直接影响了雷击杆塔后的塔顶的暂态过电压水平,进而决定了输电线路的雷击闪络率。提出一种基于雷电流传输特性与时频特性的防雷器件的设计方法,该器件能够有效地改变雷电流的波形与幅值;通过大幅度增加雷电流波前时间和减小雷电流幅值的方法,防雷器件能有效降低杆塔塔顶雷击后的暂态过电压水平,进而降低输电线路的反击闪络率。冲击电流试验结果表明,雷电流波前时间越短、波形陡度越高,防雷器件对其陡度的抑制效果越显著,雷电流波前时间增幅越大,雷电流幅值衰减也越大,防雷效果越好。防雷器件独特的设计和良好的防反击性能使其在500 k V以下输电线路防雷中具有较大的应用前景。     

雷击输电线路时杆塔各处雷电流监测仿真分析

基于PSCAD/EMTDC构建了输电线路杆塔仿真模型,根据输电线路的雷击情况,考虑在雷击塔顶、雷击档距中间以及雷击导线这3种情况下,分析线路杆塔中各处电流分布情况,可为安装在输电线路杆塔上的雷电流波形监测线圈提供理论依据。合理地布置雷电流测量线圈能够监测到击中本级杆塔、档距中间以及相邻几级杆塔的落雷,因而减小了监测装置的安装数量,而且也能更大程度地采集到雷电波形。综合考虑了采集到的雷电流波形的反演问题,最终定位了雷电流测量线圈的安装位置。     

多通道雷电流在线监测系统的研发和应用

雷电流特征参数的测量对于研究雷电放电过程以及雷电防护有着十分重要的意义。介绍了一套多通道雷电流在线监测系统。使用自行研制的基于柔性罗氏线圈的雷电流传感器,通过电磁耦合把大的雷电流转化为低电压信号;采用高速数据采集处理单元对耦合出来的电压信号进行高速采集,保证信号的完整性和精确度;利用通用分组无线服务技术（GPRS）进行无线数据传输;利用专家分析查询系统对远程接收系统测得的雷电流波形信号分析处理,并对系统进行远程控制,保证系统稳定运行。系统经过在500 kV神保双回线路、500 kV太山双回线路实际运行,于2013年6月25日捕获了雷击500 kV架空输电线路实测波形,成功监测到雷电流幅值、波头时间等特征量,同时监测并记录雷电流全波波形数据,为雷电监测数据比对与仿真反演提供更全面的基础资料。     

电力系统雷击远程在线监测系统

电力系统雷击远程在线监测系统是一种自然雷击电流波形数据采集装置,它利用Rogowski线圈电流传感器将雷电流转化为电压信号,并实现了雷电流波形数据的高速采集和远程无线传输;系统通过服务器专用软件实现雷电流波形浏览和电力系统雷击类型、故障方式等判定.系统安装于输电线路和塔式避雷针上,经过2年野外运行,已经成功获取4组自然雷击电流波形数据.与实验室常规冲击电流试验波形相比,这4组雷击电流波形数据中存在波头时间小于1μs和波形幅值激烈振荡的特性.     

输电线路雷电防护技术研究(一):雷电参数

充分了解输电线路的实际雷电特性是线路防雷的基础。为此,在全面分析目前国内外现有的雷电参数获取方法的基础上,分析了与输电线路防雷分析、设计紧密相关的雷电日、地面落雷密度、雷电流幅值及雷电流波形等雷电参数的研究现状及存在的问题。作者开发的雷电流波形监测装置已在山东泰安输电线路安装,并已成功捕捉到了我国第1个与CIGRE推荐波形相似的雷电流波形。分析表明:雷电活动具有明显的地域性,目前我国雷电防护方面需要开展的工作是应充分利用雷电定位系统监测数据,统计分析得到不同区域的年雷电日、地面落雷密度及雷电流幅值分布,另外应在不同地区、不同电压等级的典型输电线路易击杆塔上安装一定数量的雷电流波形监测装置,监测积累我国的实际雷电流波形及幅值特性,同时实现对雷电定位系统雷电流幅值监测的标定和校核,使我国电力系统的雷电防护做到有的放矢。     

特高压输电线路杆塔雷电流分布的仿真

为了更深入掌握雷击特高压(UHV)输电线路杆塔时雷电流分布的特性,对特高压输电线路杆塔雷电流分布进行了仿真。首先建立了简化的2层杆塔模型,使用矩量法(MOM)进行了雷电流分布计算并通过了实体模型的试验验证。然后在此基础上,根据实际参数建立了特高压输电线路猫头塔的仿真模型,分别就4种雷电流波形和3种不同雷击位置情况下杆塔内的雷电流分布进行了仿真计算。结果表明:雷电流波形越平缓,通过避雷线流向其他杆塔的电流就越多,反之亦然;波前时间的上升导致斜撑流过的电流比例增大;雷击点的改变对雷击点附近的电流分布影响极大并将改变部分导体内电流的方向,但随着导体与雷击点间距离的增加,导体上通过的雷电流受雷击点位置的影响减小,且雷电流分布随着该距离的增加而趋于均匀;杆塔内不同部分的雷电流峰值时间不同,将其幅值直接求和得到的结果大于注入的雷电流总幅值。该研究工作加深了对雷击特高压输电线路杆塔时雷电流分布特性的认识,也为雷电流监测装置的安装提供了参考。     

雷电压及雷电流组合测量技术研究

在国内外．雷击事故严重威胁到电网的安全。对输电线路上雷电流和雷电压波形的测量系统进行研究,对电网防雷具有重要意义。研究了直接测量高压输电线路上雷电流和雷电压波形的组合测量传感器。其电流传感器采用自积分Rogowski圈;电压传感器采用自积分式电容分压器的原理,使用Rogowski圈的铝屏蔽壳作为高压臂电容的极板。8／20μs的标准雷电流和上升时间250rls的冲击电流试验表明,本文研制Rogowski线圈具有较好的频率响应特性和稳定的较小的灵敏度。冲击电压试验表明,所研制的电压传感器可较为准确地测量0．5／49μs和1．2／66μs冲击电压波形。该组合测量技术符合雷电测量要求。     

输电线路杆塔对雷电流监测结果的影响

在输电线路上实际测量雷电是进一步了解雷电流各种参数的有效手段,但实际测量到的结果是受被击物体影响后的雷电流。为了通过测量结果得到雷电流的原始波形,在输电线路杆塔模型中考虑了雷电波在杆塔传播过程中的衰减、畸变以及杆塔冲击接地电阻等因素,采用电磁暂态分析程序PSCAD对两种不同的输电杆塔进行了仿真计算,并对是否装设避雷线的情况进行了比较分析。结果表明避雷线对于雷电波的传播有很明显的影响,雷击输电线路杆塔时塔顶和塔底的雷电流波形有显著的区别,塔底电流随着杆塔的增高而变大。     

考虑杆塔等效半径变化的高杆塔雷击暂态特性分析

分析雷击输电线路杆塔时的暂态特性,对输电线路上电气设备的绝缘配合设计具有重要的指导意义。在国内外已有波阻抗杆塔模型的基础上,考虑高杆塔主体和呼高部分随高度的减小而等效半径增大,使得各部分波阻抗值减小的情况,对高杆塔进行细分,仿真研究高杆塔多波阻抗模型的分段数对雷电波传播的影响。通过比较和分析不同段时雷电流波形、雷电流幅值及接地电阻对杆塔雷击暂态特性影响,得出若对高杆塔主体进行细分段,则有其上过电压降低,暂态过程较长的结论。     

雷电流监测装置安装位置对测量结果的影响分析

为了了解实际雷电流的波形参数,需在高塔或输电线路等构筑物上对雷电流波形进行监测,但实际测量到的结果是受构筑物影响后的雷电流。笔者主要讨论雷电流监测装置安装位置对于监测结果的影响。在构筑物模型中考虑了雷电流传播过程中的衰减、畸变以及冲击接地电阻等的因素,采用电磁暂态分析程序对不同高度的构筑物进行仿真计算。分析结果表明,构筑物在不同安装位置处得到的雷电流差别很大,顶部监测到的电流受到的影响很小,底部监测到的雷电流受到的影响非常大,雷电流测量设备应当安装在构筑物顶部,这样测量到的雷电流参数比较准确。     

基于多层PCB罗氏线圈的精密冲击电流测量装置

为准确评估防雷设备性能,冲击电流测量装置的测量精度和响应特性至关重要,因此文中提出了高频性能好、抗干扰能力强、灵敏度足够大的多层印刷电路板(PCB)罗氏线圈设计方案。文中分析了雷电流波形的频率范围以及罗氏线圈的传变特性;依据罗氏线圈尺寸、匝数与线圈频率特性之间的关系曲线,确定了线圈的结构尺寸;设计了新型屏蔽和信号输出方式,增强抗干扰能力。通过增加线圈厚度和串联线圈的方法,增大输出电压灵敏度。根据标准要求,进行测量装置的动态特性、标准雷电流测量误差以及线性度试验研究。试验中测量装置响应时间小于90 ns,相对过冲小于10%;与标准Pearson线圈比对,峰值误差小于0.2%,时间参数测量误差小于0.3%;5~40 kA电流范围内,测量装置线性度约为0.3%。试验结果表明研制的冲击电流测量装置具有良好的高频电流信号测量能力。     

500 kV输电线路绝缘地线雷电流分布

对于重覆冰区域的输电线路来说,地线覆冰会严重威胁到线路的安全运行。采用绝缘地线直流融冰的方式是解决架空地线覆冰问题的方法之一。当输电线路发生雷击事故时,直流融冰采用的绝缘地线与杆塔之间的雷电流分布情况决定了杆塔的塔顶电位,影响着杆塔的耐雷水平与线路防雷接地的保护。利用电磁暂态软件EMTP,对杆塔和绝缘地线中的雷电流分布进行了计算分析。计算结果表明,在500 kV输电线路中,雷电流主要通过杆塔流入大地,雷电流的幅值、杆塔档距、接地电阻的大小、地线结构、直径以及地线接地方式等对绝缘地线和杆塔分流情况有重要的影响。计算结果可为绝缘地线分流系数和杆塔分流系数的研究提供重要的参考价值,并有利于指导输电线路的优化设计。     

基于电磁抑制法的架空输电线路防雷装置研究

为进一步提升架空输电线路耐雷水平,解决传统防雷装置在降低雷电流幅值方面存在的不足,采用电磁抑制法可有效降低雷电流波形陡度和入地电流峰值的新型防雷装置。对新型防雷装置结构及电气进行了设计,研究了通流线圈及装置制造工艺,最后制作了装置样机并开展模拟试验。结果表明,相较于传统防雷装置,新型防雷装置雷电流波形陡度降低幅度达54%,雷电流入地峰值降低幅度达26%,且适应于多种铁塔角钢尺寸、方向的安装,可有效降低架空输电线路遭受雷电绕击和反击概率。     

500 kV架空线路雷电过电压与冲击接地电阻关系

为考虑雷击架空输电线路后,雷电流在避雷线、杆塔、接地网和土壤中的动态散流过程,建立了输电线路-杆塔-接地网一体化雷电全波电磁暂态模型,计算冲击接地电阻和反击过电压。基于全波电磁暂态模型,从冲击接地的概念出发,将土壤电阻率、雷电流波前时间和幅值对输电线路的影响直接反映在雷电过电压上,对雷电过电压与冲击接地电阻计算公式进行拟合。研究表明：波前时间减小和土壤电阻率增大均会使冲击接地电阻值与雷电过电压增大。不考虑火花效应时的冲击接地电阻值与雷电流幅值无关,雷电过电压随雷电流呈正比例增大。在进行接地网设计时,应考虑能使雷电过电压值下降的接地网射线的有效长度。     

10/350μs冲击电流波测量用的磁心式自积分Rogowski线圈的研究

10/350μs冲击电流波的频带范围为几赫兹到1 MHz,普通空心Rogowski线圈自身电感较小,测量低频部分会失真.针对该问题,笔者以磁性材料做骨架,制作了自积分式Rogowski线圈.在10/350 μs冲击电流实验平台上与同轴管式分流器作了实验对比.结果表明,由于磁性材料的加入,大大提高了线圈的自感.也拓宽了线...     

10 kV系统冲击与工频续流联合试验回路设计

为检验10 kV带间隙防雷装置在冲击闪络后熄灭工频续流电弧的能力,设计了一种冲击试验与工频续流试验相结合的试验回路。为了产生较高电压下的高幅值工频续流,采用LC串并联谐振回路产生工频续流,对该回路中各元件的参数进行计算并给出合理数值,最后利用同步控制回路提取冲击信号来导通工频续流回路,实现冲击试验与工频续流试验的同步。计算结果表明,该联合试验回路能在产生1.2/50 μs冲击波的同时产生频率为50 Hz的正弦电流波且电流的振荡能够持续至少100 ms,满足带间隙防雷装置在冲击闪络后,检验工频续流下熄灭电弧能力的要求。