输电线路杆塔连续波阻抗模型及雷击塔顶暂态过程仿真研究

摘要

影响我国输电线路及电网安全最主要的因素是雷击输电线路。随着国民经济的发展及用电需求的增加，超、特高压输电线路的建设也迅速发展，输电线路杆塔高度也越来越高，雷击输电线路的概率不断增加，使得输电线路防雷问题更加突出。研究输电线路杆塔等效模型，分析雷击输电线路的电磁暂态过程，有利于真实了解雷击输电线路电压、电流等雷电特征参量，从而正确评估线路的耐雷水平，为输电线路防雷分析计算提供依据。
　　本文在总结已有杆塔模型的基础上，以高压输电线路高杆塔为主要研究对象，提出将杆塔等效波阻抗模型模块化划分，深入研究并揭示雷击输电线路杆塔的电磁暂态过程，建立输电线路杆塔连续波阻抗等效模型。该杆塔模型共包含以下5个模块：①基于圆锥天线理论推导了杆塔单支柱波阻抗表达式，结合实际杆塔的四支柱结构和波阻抗的电、磁场关系，通过引入修正系数获取杆塔四支柱系统等效波阻抗，建立了杆塔主体模型；②基于平行多导体波阻抗相关理论，获取杆塔横担等效波阻抗表达式，建立了杆塔横担模型；③从电、磁场能量角度出发，研究杆塔斜材对杆塔波阻抗响应的影响，建立了杆塔斜材模型；④研究雷击杆塔时输电线路与杆塔间电场、磁场的耦合关系，建立了输电线路与杆塔的耦合模型；⑤结合已有的杆塔冲击接地电阻模型研究成果，将计及电感及火花效应的杆塔接地电阻作为独立模块纳入波阻抗模型；最后结合所有的杆塔模块，建立了完整杆塔连续波阻抗等效模型。
　　此外，本文以张家坝—长寿500kV线路上的SZC3型直线塔为例，进行了实例建模计算。同时，基于ATP搭建雷击输电线路的杆塔、避雷线、输电线、冲击接地电阻的仿真分析模型，通过数值仿真模拟验证模型的准确性；此外提出了一种雷击塔顶暂态过程现场试验验证方案，可利用实测数据验证和改进杆塔模型；最后基于Bergeron特征线法，建立雷击塔顶时杆塔波阻抗响应的等值计算电路，且基于MATLAB编译程序实现雷击塔顶时杆塔中波过程响应的数值计算。

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1 绪 论

1.1 课题研究的学术及实用意义

1.2 国内外杆塔等效模型研究现状

1.3 本文研究的主要内容

2 杆塔塔身连续波阻抗等效模型

2.1 引言

2.2 杆塔单根支柱等效阻抗

2.3 杆塔主体等效模型模块

2.4 斜材等效模型模块

2.5 横担等效模型模块

2.6 实例杆塔建模计算

2.7 本章小结

3 完整的杆塔连续波阻抗等效模型

3.1 引言

3.2 杆塔与输电导线耦合模型模块

3.3 杆塔接地电阻模型模块

3.4 完整的杆塔连续波阻抗等效模型

3.5 本章小结

4 雷击塔顶暂态过程仿真及现场试验验证方案

4.1 引言

4.2 仿真参数设置

4.3 雷击塔顶时暂态过程仿真

4.4 雷击塔顶暂态过程现场试验验证方案

4.5 本章小结

5 雷击塔顶时杆塔波过程数值计算研究

5.1 引言

5.2 Bergeron数值计算方法

5.3 等值计算模型的实例验证

5.4 雷击塔顶的等值计算模型

5.5 本章小结

6 结论与展望

6.1 本文主要研究结论

6.2 论文工作展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：