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特高压直流输电线路耐雷性能分析方法研究

伏进  
【摘要】:根据国外的统计资料:架空输电线路的雷击跳闸率占其总跳闸率的份额随着标称电压的提高而增加,对超高压线路达到20%~35%;俄罗斯对埃基巴斯图兹~科克切塔夫总长为494km的1150kV特高压线路在1985~1992年间的雷电活动情况统计研究表明,雷电跳闸数约占整条1150kV特高压线路总跳闸数的94%。随着我国“西电东送、南北互供、全国联网”电力发展战略的实施以及交流1000kV级和直流±800kV级特高压输电系统的建设,如何保障超特高压输电线路的安全运行已成为我国电力系统安全运行亟待解决的关键难题。众所周知,我国属于雷电活动强烈的国家,超特高压输电线路走廊大都要穿越雷电活动强烈的地区,同时还面临西部地区高土壤电阻率所带来的杆塔接地问题。因此,如何进行超特高压输电线路杆塔的设计以满足线路防雷和接地的要求,是提高超特高压输电系统可靠性的关键难题。本文在对雷击输电线路的反击和绕击物理过程的分析基础上,分别对计及冲击电晕的特高压直流线路反击耐雷计算模型和反击耐雷性能、基于杆塔接地装置散流特性提高反击耐雷性能的措施和基于先导分形发展模型的特高压直流线路雷电屏蔽性能进行了系统深入研究,通过理论研究和试验分析,本文得到的主要结论有: (1)基于ATP-EMTP软件,建立了特高压直流输电线路的反击耐雷水平计算模型,通过分析冲击电晕对导线的耦合作用基本原理建立了计及冲击电晕影响的反击耐雷性能电磁暂态分析方法,同时考虑了杆塔的多波阻抗特性、冲击接地电阻特性和绝缘子的先导闪络发展过程特性,使得建立的反击耐雷水平计算模型更符合雷直击杆塔产生反击的物理过程。本文利用此模型对特高压直流输电线路典型杆塔在不同条件下反击耐雷水平的计算结果表明:随着线路接地电阻的减小,绝缘水平的提高,杆塔高度的降低,线路反击耐雷水平可明显提高; (2)针对高土壤电阻率地区的杆塔接地电阻过高影响反击耐雷性能的问题,基于量纲相似性原理,通过对不同杆塔接地体冲击散流特性的试验研究,得到了接地极上不同位置轴向电流分布和不同结构典型接地极在冲击电流作用下的表面散流规律,提出了特高压直流输电线路高土壤电阻率地区的杆塔接地措施; (3)基于云地闪与长空隙间隙的相似性理论,首次提出了利用分形发展理论描述先导发展过程中的确定性和随机性因素,研究了先导发展通道的分形特性,建立了绕击发展过程分形特性的仿真模型,通过对先导发展过程的空间电场计算,结合分形理论,确定超特高压输电线路的上行先导起始判据,实现了先导发展过程中分形特性的数值模拟,建立了适合杆塔较高情况下的特高压直流线路的先导分形发展模型; (4)基于先导分形发展模型,分析了雷电流的绕击概率空间,并提出了特高压直流输电线路的屏蔽失效率和绕击闪络率的计算方法;对特高压直流线路的雷电屏蔽性能的分析结果表明:保护角和杆塔高度均对线路的雷电屏蔽性能有重要的影响,对于特高压线路高杆塔,可采用负保护角来防止绕击;


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