基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

复杂地形下500kV超高压输电线路的绕击耐雷性能

鉴于规程法、电气几何法和传统先导法在评估复杂地形下输电线路绕击耐雷性能时存在缺陷,依据长空气间隙放电试验数据、模拟电荷法和S-C变换法,改进了先导发展模型,该分析模型能够模拟实际地形对上、下行先导的影响,从机理上更接近于实际先导发展过程;利用此模型对平原、山谷、山坡、山顶4种地形的500kV交流输电线路进行仿真计算,计算结果表明地形因素对输电线路绕击跳闸率影响较大,随着输电线路坡度增加,侧向暴露角度增大,绕击跳闸率不断增大。选取福建省福莆线96号杆塔处输电线路按照实际地形进行仿真计算,计算结果表明线路上边坡侧绕击跳闸率很小,下边坡侧绕击跳闸率较大,与实际运行情况较符合。上述研究结果表明,分析模型应能够为超高压输电线路的防雷设计提供参考。     

电晕空间电荷对特高压直流输电线路地线雷电屏蔽性能的影响

受雷云电场和直流工作电压的叠加作用,导地线因电晕放电产生大量正、负离子积聚在线路附近形成空间电荷层。为研究电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击性能的影响,建立了雷云电场作用下线路电晕空间电荷分布的数值计算模型,并耦合雷电先导发展模型,计算获得了典型±1100 kV特高压直流输电线路的地线雷电上行先导放电特性和雷电击距,定量分析了电晕空间电荷对特高压直流输电线路地线雷电上行先导起始时刻、放电电流和长度的影响。通过计算电晕空间电荷作用下地线的雷电击距和暴露弧,得出在平原地区仍可通过采用负保护角配置,有效降低线路的雷电绕击概率,未来需进一步研究山区地形下电晕空间电荷对特高压直流线路雷电绕击性能的影响规律。     

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展EI北大核心CSCD

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。     

不同电压等级架空输电线路雷电防护特征分析

对不同电压等级架空输电线路的雷电防护特征进行比较分析,可为提出输电线路的雷电防护策略提供参考。以我国110kV至 1 000kV交流输电线路以及±500kV至±800kV直流输电线路为分析对象,对其绕击特征和反击特征进行了分析,并提出了不同电压等级输电线路雷电防护重点。110kV和220kV交流输电线路应重点关注反击问题;500kV和750kV交流输电线路应重点关注在高接地电阻地区的反击问题和山区的绕击问题;1 000kV交流输电线路的反击闪络率极低,可考虑采用杆塔自然接地以降低建设成本,同时需关注山区的边相导线绕击问题;±500kV、±660kV和±800kV直流输电线路应主要关注在山区的绕击闪络问题。     

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)。     

基于PSCAD/EMTDC逆变器自定义定关断角 控制的实现

在PSCAD中建立了关断角测量模块及定关断角闭环控制框图,从而构建了自定义定关断角闭环控制模块。取代CIGRE原有的标准控制模型,采用所建立的自定义定关断角控制模块对高压直流输电系统的阀控进行了仿真,将结果与标准控制模型下的结果进行了对比,验证了自定义的闭环定关断角控制模块具有良好的动态及静态控制性能,且与标准的CIGRE控制系统具有完全的等价性。同时,针对实际系统的一些故障情况,可以对自定义的定关断角控制模块进行结构优化。使系统具有一定的故障保护功能。总之,自定义的定关断角控制模块为实际的复杂系统实现PSCAD建模和仿真分析提供了更为有效的手段。     

侧针对改善特高压交流输电线路雷电屏蔽的实验观测

为探讨避雷线加装水平侧针对改善特高压交流输电线路雷电屏蔽性能的机理,开展了1:10和1:20特高压交流线路缩比模型下雷电屏蔽模拟实验及其放电观测,对实验结果进行了分析,并重点结合放电物理过程探讨了放电击中点的选择性和侧针屏蔽增效的机理。研究发现:下行先导初期发展过程中随机取向与各目的物迎面放电的竞争过程都与放电击中点的选择密切相关,下行放电与迎面放电也是相互作用与影响的;在各种间隙结构下,侧针的长度在大于对应间隙的临界电晕半径时才能起到明显的屏蔽增效作用。     

采用ATP/EMTP的CIGRE HVDC建模与仿真

为了提高HVDC研究、设计的效率及可信性,同时满足实际复杂的HVDC系统的仿真研究要求,弥补PSCAD软件因模块封装导致软件使用灵活性降低的问题,基于ATP/EMTP电磁暂态仿真软件,利用其强大的自定义模块功能,搭建了CIGRE直流输电模型,开展系统仿真分析,并与PSCAD中标准的CIGRE模型的仿真结果进行比对分析,验证了所搭建的HVDC模型的正确性及可行性;选用适当的仿真步长,保证计算结果正确性同时,提高了计算效率。     

正极性长间隙放电先导起始模型

为了准确地定量计算长间隙放电的先导起始时刻,基于流注-先导转化热电离理论,提出了1个计算先导起始暗区时间的简化物理模型。该模型能考虑初始电晕产生的空间电荷对先导起始过程中2次电晕起始的屏蔽作用。然后通过搭建长间隙放电综合观测平台,开展了3 m棒-板放电试验,利用试验结果验证了提出模型的合理性。最后利用该物理模型对正极性先导起始过程进行了仿真,结果表明对于流注-先导转化,不能忽略振动能弛豫过程对流注根部转化区内气体温度上升的影响;初始电晕空间电荷对抑制先导起始的作用十分明显,是决定先导起始时刻的主要因素。