交流特高压线路绕击防护性能研究

为将我国特高压线路雷击跳闸率控制在允许范围,分析了前苏联和日本特高压线路防雷的经验和教训,对各种特高压杆塔方案的雷电性能进行研究,重点讨论了各种双回线路杆塔的绕击特性。分析表明,前苏联特高压线路雷击跳闸率较高的原因主要是避雷线保护角较大,而日本主要是由于线路多经山区且杆塔高度较高。对我国特高压线路雷击跳闸率的计算表明,单回线路猫头塔在平原可满足雷击跳闸率要求,山区采用酒杯塔应适当降低保护角或杆塔高度。双回线路V形串伞形塔由于导线布置合理、保护角小,其绕击防护性能最佳,在地面倾角为20°的山区雷击跳闸率仍可满足要求,收腰形塔、I形串伞形塔和鼓形塔均能在平原地区满足要求,但在山区使用时则需降低保护角和杆塔高度。     

输电线路绕击分散性的试验研究

基于输电线路绕击的模拟试验研究,提出了输电线路的绕击概率模型。该模型可根据线路结构参数,分析输电线路旁空间绕击概率的分布情况。成功地说明了ＥＧＭ难以解释的现场事故原因。     

特高压输电线路绕击率的分析计算

作为计算绕击率和绕击跳闸率的主要方法,电气几何模型法已广泛应用到输电线路防雷设计中,为改进电气几何模型法中的不合理假设,以考虑击距系数β、地面倾角θ和雷电入射角Φ的电气几何模型为依据,由模型中的几何关系,得出考虑这些因素的绕击率的计算式。针对1 000kV特高压输电线路,计算了耐雷水平下计及雷击入射角时的绕击率,并考虑了不同因素对绕击率的影响,为输电线路绕击耐雷性能的研究提供依据。     

超特高压输电线路绕击性能分析

运用电气几何模型(EGM)的方法来分析超/特高压交流输电线路的绕击耐雷性能,并给出了计及导线工作电压的绕击耐雷水平和绕击跳闸率计算式。然后,再对影响超/特高压输电线路绕击耐雷特性的雷电流幅值、杆塔高度、线路绝缘水平,线路所经过的地形、保护角、工频瞬时电压、地面植被等主要因素做了分析研究。     

超、特高压交流输电线路绕击跳闸率的改进计算方法

根据超、特高压杆塔的结构特点,对传统的电气几何模型（EGM）进行改进,并引入击距修正系数的概念,使得模型更加符合超、特高压杆塔的情况。从几何关系的角度提出了求解电气几何模型最大击距的改进计算方法,并应用该方法计算超、特高压交流输电线路的绕击跳闸率。计算结果表明：所提出的超、特高压交流输电线路绕击跳闸率的改进计算方法比传统计算方法更加准确、可靠。     

特高压交流输电线路绕击耐雷性能仿真分析

准确评估特高压(UHV)线路绕击耐雷性能,对线路设计及施工具有重要参考价值。为此,引入了基于先导发展法的,可精确反映任意剖分区域导、地线弧垂及与大地实际相对高度的特高压输电线路雷电绕击3维剖分模型。为进一步验证该模型的实际应用价值,分析了我国晋东南—荆门1 000kV特高压交流示范线路绕击耐雷性能,及绕击跳闸率随保护角、地面倾角的变化规律。分析结果表明:ZMP2型猫头塔最大绕击跳闸率为0.057 5次/(100km.a),ZBS2型酒杯塔最大绕击跳闸率为0.032 2次/(100km.a),两型杆塔的绕击跳闸率均满足设计要求,工程中可通过适当控制导、地线的弧垂来降低线路的绕击概率;山坡外侧导线更易遭受雷击,线路绕击跳闸率随线路保护角及地面倾角增大而大幅度上升;大电流绕击发生在距线路较远处。     

模型比例对架空输电线路雷电屏蔽模拟试验的影响

为了研究模型比例对输电线路雷电屏蔽模拟试验的影响,采用操作冲击电压,分别对按1:80、1:40和1:25比例缩小的平原500kV典型线路模型进行了放电试验。根据试验数据,绘制出了空间落雷点的绕击率分布图,并采用面积法计算了3种情况下的绕击率,分别与采用规程法、电气几何模型(electrogeometric model,EGM)法、改进EGM法的计算结果进行了对比。结果表明:空间落雷点绕击的概率分布图与采用EGM法计算得到的绕击空间分布规律基本一致;采用高速摄影可以观测到当主放电击中避雷线(导线)时,避雷线(导线)上竞争失利的残余迎面流注。采用操作冲击电压进行了雷电屏蔽模拟试验,所得到的各比例模型下线路的总绕击率相差甚远,放电分散性明显;模型尺寸对试验结果的影响较大。     

1000kV特高压交流输电线路防雷电绕击技术

雷电绕击是造成特高压输电线路跳闸的主要原因.根据国内外输电线路现有防雷技术及运行经验,综合分析几种防雷电绕击实用新技术,并且探讨各防雷技术用于特高压交流输电线路的可行性及适用范围,以期为我国1 000kV特高压交流输电线路防雷电绕击提供支持.     

改进EGM模型对特高压输电线路的适用性与验证

为了更准确地分析我国特高压输电线路雷电绕击屏蔽性能,基于我国长空气间隙放电试验数据和雷电回击观测数据,建立考虑地形条件的适应于大尺寸输电线路雷电屏蔽性能评估的改进电气几何模型(electric geometry model, EGM)并进行验证,将击距公式修正为rs = 0.13(I 2+ 40I)0.814。改进EGM模型对超、特高压输电线路三相导线的雷电绕击率计算结果与日本实际线路雷击观测数据及我国平原、山区特高压输电线路雷击模拟试验数据具有一致性,验证了改进EGM模型的适用性。采用改进EGM模型评估了杆塔型式、山坡陡度对我国特高压线路绕击跳闸率的影响。计算结果表明,采用SZ322型杆塔的绕击跳闸率高于采用SZT1型杆塔,且特高压线路绕击跳闸率随山坡陡度的增大而增大。EGM模型的修正以及计算方法的优化,对我国特高压输电线路雷电屏蔽性能的设计具有一定的指导意义。     

基于先导发展法的特高压直流输电线路绕击特性分析

雷电绕击是影响高压输电线路安全稳定运行的关键因素之一,特高压直流线路对雷电防护的需求与常规线路相比更加迫切。为此介绍了基于先导发展法的特高压直流线路雷电绕击跳闸率分析方法;利用该方法针对±800 kV特高压直流线路绕击特性开展仿真研究,分析了绕击跳闸率随绝缘水平、保护角的变化规律,研究了典型地形条件下雷电绕击路径和绕击电流的分布特性,分析了山坡、山脊和跨谷地形条件下线路的绕击跳闸率,研究了线路极性对跳闸率的影响。研究表明,减小保护角可明显降低绕击跳闸率,在山坡地形条件下,外侧导线由于受屏蔽减弱更易受到雷击,雷电先导可从近似水平的方向击中导线;跨谷深度增加时,由于地面屏蔽作用减小,雷击跳闸率明显提高;理论分析和运行经验都表明,直流线路正极导线遭受雷击的概率远高于负极,线路位于山脊时雷电绕击基本发生在正极导线侧。     

特高压交流输电线路的雷电屏蔽分析模型

绕击是引起超高压、特高压输电线路雷击跳闸的主要原因。将低电压等级输电线路绕击防护经验直接外推至更高电压等级时具有一定的局限性,可能导致新建线路的绕击耐雷性能显著低于预期值。基于先导发展的绕击分析模型细致地考虑了影响雷击发展物理过程各种因素的影响,较传统工程化分析方法更适用于新建电压等级线路的绕击性能评估。但由于对雷击物理过程和长间隙放电机理认识的不足,不同时期不同学者对雷击过程描述所采用的模型和方法不尽相同,若将现有学者所提出的绕击分析模型直接用于工程中,不同分析模型所得结果差异较大。为此,通过对比现有的雷电观测资料,认为Cooray提出的下行先导通道模型与最新的雷电观测结果比较相符;对迎面先导起始工程判据的对比分析结果表明,当导线对地高度10.0 m时,Rizk感应电压法和临界电晕半径法计算得的先导起始电压结果一致,外推至实际导线对地高度时,Rizk感应电压法的计算结果与长间隙放电理论相违背;同时依据长间隙放电理论,提出了下行先导和迎面先导的相对速度比近似等于迎面先导通道单位长度电压降与导线感应电压增量之比的迎面先导持续发展条件,建立了基于Schwarz-Christoffel变换的能考虑任意地形的2维特高压输电线路雷电屏蔽分析模型;该分析模型解释了传统先导发展模型无法解释的特高压输电线路ZMP2和ZBS2型杆塔的中相屏蔽问题。计算结果表明,在典型的平原、斜坡和山顶地形下,ZMP2和ZBS2型杆塔的绕击跳闸率低于设计预期值0.1次/(100 km.a)。     

1000 kV单回特高压交流输电线路的绕击防雷保护

风雨在空中的漂移和空气中不均匀介质的存在使闪电的轨迹呈不规则曲线形。考虑自然闪电轨迹的随机性和雷电主先导与次先导并存现象等因素,有必要引入动态防雷保护角概念,建议特高压交流线路中地线(针)对导线的实际保护角形成的角平分线应与雷电先导的来向一致,并应计及垂直档距和水平档距的比值和风速的影响。根据杭州1962-1988年220 kV新杭I线雷击统计结果,认为特高压线路防雷绕击分析应结合塔头和档内中央线路两处的防雷情况,并分别进行了防雷保护角计算与比较。     

改进电气几何模型对输电线路绕击率的计算及典型故障分析

提出了改进的电气几何模型,成功地解释了用原EGM法难以解释的现场事故原因。应用改进的电气几何模型分析了输电线路杆塔结构、避雷线和导线的布置、雷电流的幅值、地面倾角对绕击率的影响。结果表明,在地形复杂的山区,大电流也能对线路造成绕击。     

微地形下输电线路绕击闪络率的计算方法

为反映地形、导线及地线高度的变化对绕击性能的影响,提出了一种获取输电线路微地形及导线、地线与地面的相对位置的方法,并在此基础上计算输电线路杆塔的绕击闪络率。首先沿线路方向将输电走廊进行近似等分,利用地理信息软件得到各分段的海拔高度和地面倾角这2个微地形参数;其次根据导线、地线的特性,结合各分段海拔高度,得到任意分段处导线、地线与地面的实际相对位置,最后以电气几何模型（electrical geometry model,EGM）为基础,计算各分段及各杆塔的绕击闪络率。以某500kV线路为例,计算其实际微地形下输电线路杆塔的绕击闪络率,结果表明该方法不仅能够反映输电线路的绕击范围,而且能够得到输电线路容易遭受雷击的杆塔;遭受过雷击的杆塔位于易击区间,证明了该方法的有效性。     

输电线路雷击仿真模型

基于对下行雷闪物理过程的认识和对输电线路绕击分散性的研究,建立了考虑放电分散性的输电线路雷屏蔽性能的雷击仿真模型。仿真计算结果表明,该模型与现场运行经验相符,并成功地解释了ＥＧＭ难以解释的现场事故。     

铁塔横担侧向避雷针的绕击保护效果分析

为评估在杆塔横担上安装侧向避雷针的防雷电绕击效果,提出建立三维的电气几何模型,计算侧向避雷针对导线的绕击保护距离,并总结了其安装和使用的规律。针对110～500kV典型杆塔线路的计算表明：侧向避雷针能较好地保护杆塔附近的重点绕击危险区域,从而可以有效地降低线路的绕击跳闸率。研究还表明,侧向避雷针对导线的保护效果会受到针...     

基于改进电气几何模型的绕击跳闸率的计算

讨论了经典的电气几何模型(EGM),在此基础上提出了3点改进建议。计算中采用IEEE推荐的击距公式,引入系数ksg描述雷击地线和雷击地面击穿强度的不同,用暴露距离计算雷电绕击率和绕击跳闸率。分析了ksg取值对计算结果的影响。利用改进的计算方法、分别计算了地面倾角、避雷线保护角和环境温度对线路绕击跳闸率的影响。结果表明,当ksg减小、地面倾角增大、避雷线保护角增大、温度降低时,绕击跳闸率增大。     

输电线路地线上安装水平侧向短针的防绕击效果分析

为评估在地线上安装水平侧向短针对输电线路的绕击保护效果,提出并建立了三维的电气几何模型(EGM)来计算水平侧向短针对导线的保护距离,总结了其安装和使用的规律。对110～500kV典型杆塔的计算结果表明:水平侧向短针具有一定的保护作用,但每根水平侧向短针的保护距离有限,其防绕击效果较依赖于安装数量;并且水平侧向短针对导线的保护距离受到导地线相对位置的较大影响,仅对部分保护角和塔头尺寸都较小的单回线路有效;而对于同塔多回输电线路,水平侧向短针无法起到实质上的防雷保护作用;此外,安装水平侧向短针后还会对地线的机械性能产生负面影响。因此可以认为,水平侧向短针的绕击保护效果有限,适用范围较窄,限制了它在输电线路防雷保护中的应用,该防雷措施还有待进一步的提高与完善。     

基于Monte Carlo和EGM的同塔双回线路绕击跳闸率的计算

为准确评价输电线路的耐雷性能,采用蒙特卡罗法对雷电绕击线路的随机过程进行统计计算.针对同塔双回线路的实际杆塔结构,改进了电气几何模型(EGM)作为绕击判据,考虑输电线之间的相互屏蔽作用以及雷电先导入射角,通过先导位置落入绕击区间进行绕击的判定.选取220 kV同塔双回线路的实际杆塔进行绕击跳闸率的计算,与已有算法的计算结果进行对比分析,验证了改进算法的合理性,并分析了先导入射角,避雷线横担长度,地面倾角对绕击跳闸率的影响.