传输线耦合雷电电磁波过程的分析方法

针对传输线耦合雷电电磁波形成过电压对电子设备造成干扰及损坏的问题,将雷电闪电通道等效为辐射线天线,建立雷电回击通道、传输线、大地一体化模型,利用传输线模型所得理论推导公式与试验相结合的方法,对传输线耦合自然界雷电与模拟雷电进行对比分析,并计算了传输线耦合雷电电磁波形成过电压波形的幅值及能量。得出:当雷电回击通道中雷电流在5 kA~45 kA范围时,传输线耦合雷电电磁波形成的过电压幅值与雷电流大小呈较好的线性关系,耦合的能量与雷电流大小呈幂函数关系;雷电过电压在传输线传输过程中激励出高频分量电压,并对其特性进行分析。试验结果和理论分析结论相吻合,研究结果对传输线雷电防护具有一定的指导意义。     

电容器在低压输电线路防雷防护中应用的分析

通过对低压输电线路中并联接入电容器的理论分析,得出了当低压输电线路中有雷电感应过电压时,电容器能够降低雷电过电压的幅值;低压输电线路中有雷电波传输时,根据雷电波传输的折射、反射原理,电容器能够降低雷电波的陡度;电容器与电涌保护器并联组合使用,能够降低SPD的残压。进行的模拟雷电感应过电压以及模拟雷电流冲击试验验证了并联在低压输电线路中的电容器能够降低感应过电压的幅值、雷电波陡度以及降低SPD残压的作用。提出了在低压输电线路的雷电防护中,电容器与SPD并联使用能够更有效地提高电子、电气设备的防雷效果。     

多脉冲下架空线缆耦合雷电电磁波特性分析

传输线缆在电力输送和信号传输领域中扮演着十分重要的角色,传输线耦合雷电电磁波产生的过电压、电流对整个传输线系统产生很大的影响。本文通过建立架空线缆、闪电通道一体化模型。利用模拟8/20μs单脉冲雷电流及多脉冲雷电流进行试验,得出结论如下:架空线缆耦合电压波形以阻尼振荡波形式衰减;耦合电压幅值整体随冲击电流的增大而增大,多脉冲条件下耦合电压幅值与冲击电流峰值不是对应的比例关系;单脉冲冲击下,耦合的能量随冲击电流峰值以指数形式增加,多脉冲冲击下,耦合的能量整体随冲击电流峰值的增加而增加,但是当耦合电压出现重叠、互连现象时,其会在几微秒内耦合到大量的能量,从而出现低雷电流高能量的现象。试验所得结果对架空导线在实际的防雷保护中有一定的参考意义。     

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。     

计及冲击电晕的输电线路雷电过电压影响因素研究

基于电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC,在考虑了冲击电晕对雷电过电压影响的同时,研究雷电流波形与幅值、避雷线布置方式、杆塔塔型、导线布置方式(包括导线排列方式、导线分裂数)、接地电阻等因素变化时,杆塔塔顶或导线上雷电过电压的特点及其参数关系,用以找到各种情况下输电线路雷电过电压的关键影响因素。结果表明:冲击电晕对输电线路雷电过电压的影响很大;雷电流幅值与波形、杆塔塔型、接地电阻对输电线路的反击过电压有较大的影响;而雷电流幅值与波形、避雷线布置方式、导线分裂根数对输电线路的绕击过电压有较大的影响。     

改进的Agrawal多导传输线路感应雷过电压计算与防护研究

为提高架空输电线路输电可靠性和防护输电线感应雷过电压,对雷电传输通道中任意一点的电磁场建立了数学模型,加入大地电导对电场计算的影响,并采取Maxwell电磁场方程组求解了传输通道中任意一点的水平、垂直电场分量和磁场的横向量。在单相场线耦合模型的基础上进行改进,建立多导传输线的Agrawal模型,采用FDTD法求解了输电线上任意的电流电压相应。最后利用Matlab软件设计了一款计算输电线路上感应雷过电压的软件,可以对输电线路的过电压情况进行实时监测。     

基于改进的算法研究分层土壤电导率对雷电感应过电压峰值估算的影响

低压架空线路附近遭受雷击时,传输导线上将产生幅值很大的感应过电压,针对其峰值进行估算与分析。通过对Paulion估算公式的改进,得到适用于水平分层土壤的雷电感应过电压峰值估算公式。为探讨不同土壤境下架空线路雷电感应过电压的变化情况,具体分析了土壤电导率对其峰值的影响,并得出以下结论:在水平分层土壤中,土壤电导率是影响雷电感应过电压的主要参数。当上层土壤电导率小于下层土壤时,雷电感应过电压的变化比上层土壤电导率大于下层土壤时更为明显,其变化程度随着上下层土壤电导率差值的增大而增大;上下层土壤电导率上大下小与上小下大时,雷电感应过电压随土壤深度的增加呈现相反的递进规律。     

实测雷电流波形反演雷电特征参数的研究

安装在500kV运行线路上的雷电流全波形在线监测装置,获得了一次击于输电线路上的有效雷电流波形。对比于雷电定位系统的查询结果,该有效波形在时间、空间、幅值上与之基本一致。通过MATLAB软件处理采集到的有效波形,并与雷电定位系统数据对比。借助电磁暂态仿真程序PSCAD,对雷击位置、雷电流幅值及波形特征进行反演,得到了有关雷电流的特征参数,如雷电流峰值、波前时间、半波时间等,从而实现了雷击位置的定位与雷电流的复现,并为雷电流仿真模型的修正提供了基础数据。     

110kV架空线路避雷器安装方式仿真研究

简单介绍了110 kV输电线路的防雷措施,重点应用PSCAD软件进行仿真建模,模拟雷击杆塔情况,分析研究易击杆塔及附近多基连续杆塔线路避雷器的安装位置对线路耐雷水平、绝缘子串闪络相以及导线中雷电冲击过电压的影响。仿真结果表明,不同的线路避雷器安装方式下,线路的耐雷水平提升变化不尽相同;高于线路最高耐雷水平10%的雷电流造成的绝缘子发生闪络的杆塔和相别有所不同;低于线路最低耐雷水平10%的雷电流造成导线中的雷电冲击过电压峰值和衰减速度均有所不同。结合线路避雷器造价高、工程量大以及实用性,在实际应用中对于110 kV上字型杆塔建议采用两边相安装线路避雷器来提高其防雷效果。     

架空配电线路感应过电压计算方法适用性研究

针对现有雷电感应过电压数值计算模型工程适用性不强的问题,分析了雷电感应过电压产生的物理过程,基于时变电磁场理论提出了架空线路雷电回击入射场与感应场的电磁耦合关系,推导得出了架空线路雷电感应过电压时域波形的解析计算模型。计算分析了雷电流幅值、回击速度、雷电流波形对架空配电线路感应雷过电压时域波形的影响规律,结果表明:随着回击放电速度的增加,相同条件下感应过电压幅值有所降低且波头时间增加,当回击电流波前时间增加时,感应过电压幅值也显著降低。该模型解决了传统规程法忽略电磁分量且无法分析工程约束条件对感应过电压波形影响的问题。     

高海拔地区±500kV换流站直流侧雷电过电压分析

我国"西电东送"工程中大量采用了直流输电方式,而西南地区高海拔、多山区的特点将对输电系统的绝缘配合提出更高的要求。为研究高海拔地区直流输电系统的雷电过电压特性,采用PSCAD/EMTDC仿真软件对溪洛渡工程中±500 kV昭通换流站直流侧的雷电过电压进行了计算和分析,模型考虑了海拔和山区地形的影响,根据换流站直流侧反击和绕击雷电侵入波过电压的计算结果,得出高海拔地区换流站直流侧的雷电过电压特性,为优化换流站雷电防护提供参考依据。另外,对绕击侵入波过电压,着重比较了绝缘子串临界不闪络对应的雷电流幅值与EGM模型计算的最大绕击雷电流幅值下设备的过电压,发现按照传统方式以最大绕击雷电幅值计算设备的最大过电压可能会丢失过电压水平最严重的情况。     

柔性直流输电系统接地故障下过电压特性研究

柔性直流输电技术是一种新型的直流输电技术,它以采用全控型电力电子器件的电压源型换流器为核心构建直流输电工程,具有很好的应用前景。利用PSCAD/EMTDC仿真软件建立两端柔性直流输电的仿真模型,针对其5种接地故障与雷电过电压下柔性直流输电系统中的过电压及过电流特性进行研究,研究结果表明雷电过电压与交流系统单相接地后断路器自动重合闸操作造成交流母线上的过电压比其它接地形式造成的过电压严重。基于上述分析,最后给出了避雷器的配置方案。     

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。     

500kV线路杆塔雷电冲击全波电磁暂态特性研究

为了研究土壤电阻率、雷电流幅值以及波前时间等不同因素对500kV线路杆塔在雷击时杆塔全波电磁特性的影响,建立了线路-杆塔-接地极一体化模型,计算了雷电冲击下考虑不同雷电流参数、土壤电阻率参数的500kV输电线路杆塔电磁暂态特性影响。计算结果表明,避雷线分流大小随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,波前时间的改变对其影响较小;通过引下线向土壤散流的电流随着土壤电阻率的减小和雷电流幅值的增大而增大;接地体电压和横担电压均随着土壤电阻率和雷电流幅值的增加而增加,并不改变峰值出现时刻,波前时间的改变会同时改变峰值和出现时刻。     

配电线路雷电感应过电压的避雷器防护分析

雷电感应过电压导致配电线路发生跳闸或故障的比例要远高于雷电直击,因此需要分析采用线路避雷器对配电线路感应过电压的防护效果。利用EMTP软件编程计算线路雷电感应过电压,分析安装线路避雷器对感应过电压的防护效果,讨论雷电流幅值和雷击点距线路距离、避雷器安装间距、接地电阻对避雷器抑制感应过电压效果的影响。分析结果表明:配电线路安装线路避雷器后能够在一定程度抑制雷电感应过电压;雷电流幅值越高、雷击点距线路近,避雷器抑制感应过电压的效果越弱;避雷器安装间距影响对感应过电压的防护效果,安装越密,线路感应过电压降低越明显。接地电阻对避雷器感应过电压防护影响非常大,过高的接地电阻会严重削弱避雷器对感应过电压的抑制效果,因此需要尽可能降低避雷器接地电阻。     

风电场中直击雷的防护和研究

风力发电场中输电线路是防雷保护的重要部分,当直击雷击在输电线路上时,不仅会对线路本身带来破坏,其产生的侵入波过电压将顺着线路传递至风电机组,可能会引起变压器的损坏,从而导致风电机组的停运。以某风力发电场雷击事故为例,将通过电磁暂态软件程序ATP/EMTP建立雷电直击输电线路的模型(雷电流模型、杆塔模型、输电线路电缆模型、避雷器模型、绝缘子串模型和变压器模型),通过仿真计算出升压变压器上的暂态过电压和流过电缆的最大雷电流,并仿真了在安装线路避雷器和降低接地电阻时,雷击点处的雷电过电压和过电流值。最后通过综合对比提出了在1号、2号杆塔安装避雷器和降低杆塔接地网电阻值的两种保护措施来对风电场场内输电线路进行有效防雷。     

500kV气体绝缘输电线路雷电侵入波暂态特性分析

气体绝缘金属输电线路(GIL)因其适合于远距离、大容量电力传输应用前景广泛,必须合理分析GIL雷击暂态特性以提高其防雷水平。介绍GIL技术相关优点,在ATPEMTP中建立500 kV架空线路、杆塔和GIL模型,分析雷电绕击和反击情况下GIL暂态过电压,比较GIL和XLPE过电压幅值差异,讨论避雷器对GIL侵入波过电压防护效果。仿真结果表明:绕击情况下GIL暂态过电压高于反击情况;GIL末端过电压高于其首端过电压,且随着GIL长度的增加,侵入波过电压幅值降低;在GIL首末两段安装避雷器能够有效提高其安全裕度;同等条件下,GIL雷电侵入波过电压高于XLPE电缆。GIL技术具体应用时需要详细分析其暂态特性。     

雷击临近建筑物土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护

为研究雷击配电线路附近建筑物时,土壤散流引发配电线路雷电过电压及防护效果,采用专业防雷计算软件CDEGS建立建筑接地网及临近配电线路雷电过电压仿真模型,分析了配电线路与临近建筑接地网间距、土壤电阻率、雷电流幅值和配电线路接地网长度对配电线路上雷电过电压的影响,并仿真验证了引流法和绝缘间隔法的防护效果。研究结果表明：配电线路电位随间距的增大而减小,随土壤电阻率和雷电流幅值的增大而线性增大,受配电线路接地网长度影响不大;引流法和绝缘间隔法能有效地降低配电线路接地体上电位,水平外延法引流降压效果更好,可以将配电线路接地体上电位降到56 kV以下,有效地避免雷电反击事故发生的概率。本研究可为实际配电线路雷电过电压和防护提供参考。     

基于Wagner抵消场法的输电线感应过电压计算

由于使用条件的限制,规程法计算公式不能准确反映雷击杆塔塔顶时输电线路上的感应过电压。基于场抵消法理论,先计算雷击塔顶的单位方波响应,然后通过Duhamel积分求解任意雷电流波形下导线上的感应过电压。根据目前得出的主放电速度、上行先导与雷电流幅值的函数关系,利用MATLAB编写了雷击塔顶时输电线感应过电压的计算程序,获得了感应过电压的数值和随时间变化的波形,并总结了感应过电压幅值、时变特性及其影响因素和影响规律。     

架空配电线路雷电过电压特性与MOA试验技术的研究进展

笔者主要介绍了:1)国内、外关于雷暴云闪电的物理过程,特别是下行负地闪放电过程方面的研究进展;2)对架空配电线路雷电过电压数值计算和真型试验研究等进行了分析和总结;3)结合我国近些年配电型避雷器的故障情况,重点介绍了国际上关于重雷区特别是多重雷击下MOA动作负载试验的研究进展,比较分析了GB11032与IE60099-4、IEEEStd66.22关于重负载配电MOA试验技术的差异。主要结论为:1)地闪雷电,特别是下行负地闪雷电放电主要表现为短时间的回击和长时间的连续电流的叠加,同时也包括回击之间的长时间低幅值的连续电流;2)目前建立输电线路雷电过电压数值计算模型的本质都是从麦克斯韦方程推算而来的,不同点在于采用了雷电电磁脉冲产生的电磁场的不同分量;3)雷电直击架空导线或击到架空导线附近造成导线产生感应过电压,流过避雷器的冲击电流为多重电流脉冲并且脉冲之间存在幅值较低的持续电流;4)金属氧化物电阻片在多重电流脉冲下的破坏形式主要是侧面闪络。现有版本的各类技术标准、规范,仍然没有建立与IEC62305-1:2010的附录A给出了的可能组合方式雷电波形感应到架空线路上的感应过电压,对避雷器造成的电流冲击负载的试验要求和程序;5)建议按照IEC62305-1:2010的附录A给出了的可能组合方式雷电波形和参数,建立配电线路避雷器动作负载的试验方法。多重雷电电流冲击试验技术有待于进一步提高。