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雷击上行先导起始机制与建模方法研究

吕鑫昌  
【摘要】:雷击(特别是绕击)是造成超/特高压输电线路故障的主要原因之一。我国是雷电多发区,在超/特高压输电线路的工程设计中,其雷电屏蔽性能的评估和防雷设计一直是受到广泛重视的热点问题。 现有的输电线路雷电屏蔽分析模型包括规程法、电气几何模型(Electrogeometric Model, EGM)、先导发展模型(Leader Progression Model, LPM)等,其中先导发展模型较合理地描述了雷电绕击的发展过程,更符合雷电发展的物理机制,因此受到广泛关注。该模型涉及下行先导通道模型、上行先导起始判据、上下行先导相对运动、最终击穿判据等关键内容。其中,上行先导的起始机制及其判据,对雷击击中点的最后选择以及输电线路绕击耐雷性能评估具有显著影响,已有不少学者对上行先导起始机制进行了研究并提出了相应的起始判据,主要包括Rizk判据、Peek判据、间隙判据以及近来提出的更符合上行先导起始微观物理机制的Becerra判据等。 在现有研究成果的基础上,本文从电场强度分析的角度出发,定义了“稳定先导起始场强”EL的概念,提出一种适用于输电线路雷电屏蔽分析的上行先导起始新判据——稳定先导起始场强判据。继而基于先导放电理论编制程序,通过不同条件下的仿真研究,证实EL主要与导线半径有关,拟合得到“稳定先导起始场强”EL的表达式,并进一步考虑环境因素影响,对EL的表达式进行了修正。为验证稳定先导起始场强判据的有效性,将该判据应用于单条导线上行先导起始的判定,并与以往的几种上行先导起始判据进行对比分析,表明本文判据与Becerra判据的结果基本一致,更符合上行先导起始的实际情况。而且,本文判据使用的物理模型较Becerra判据更为简单,只涉及场强计算,更易于应用到复杂输电线路上行先导起始的判定。 基于稳定先导起始场强判据,本文提出了改进的先导发展模型,并藉此建立了输电线路雷电屏蔽性能的数值计算模型。将该模型应用于日本特高压同塔双回输电线路,计算其绕击跳闸率并与实际情况相比较,验证了该上行先导起始判据以及雷电屏蔽分析模型的有效性。继而以云广±800kV特高压直流输电线路为例,对其雷电屏蔽性能开展研究,分析了保护角、杆塔高度、地面倾角、跨谷深度、海拔高度等因素对该线路雷电屏蔽性能的影响,并给出了相应的雷电绕击防护措施,为特高压直流输电线路的设计与运行提供了参考依据。


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