配电线路感应雷过电压计算与防护的研究

摘要

配电线路大部分裸露在空气中，容易遭受雷击产生雷电过电压，造成供电中断、供电设备损坏等故障，影响了广大用户的生产与生活。研究表明，配电网10kV架空线路由雷电引起的绝缘子闪络或线路故障的主要因素是感应雷过电压，感应雷过电压导致的故障比例超过90％。因此，本文对配电线路感应雷过电压的计算与防护进行研究具有十分重要的意义。
　　 为了提高配电线路的安全可靠性并对线路防雷设计提供有价值的参考依据，首先，介绍自然雷电的形成，对雷电回击电流的六种工程计算模型进行了对比分析，阐述各种模型的特点，并确定本文采用MTLE模型与双指数基电流构成雷电流。
　　 其次，在雷电通道周围电磁场的理论计算方面，利用Maxwell方程组求解偶极子电流元产生的空间辐射电磁场的方法，详细推导了雷电对地垂直放电产生的电磁场，得到了通道周围任意场点的水平电场分量Er、垂直电场分量E(z)与横向磁场分量H(φ)的计算表达式，借助Cooray-Rubinstein公式计算在考虑大地电导率的情况下的水平电场分量，并分析电磁场与各种因素的关系。
　　 然后，提出了改进的Agrawal场线耦合模型，构建配电线路感应雷过电压的方程，运用时域有限差分(FDTD)法推导出了配电线路上的感应过电压与电流的数值迭代计算公式，并且利用该文的计算方法对配电线路感应雷过电压进行了分析，研究了雷电流幅值、架空线路高度、线路距离雷击点的水平距离、大地电导率与雷电回击速度等因素对感应过电压的影响。针对10kV架空配电线路，计算雷电感应过电压，得出不考虑大地电导率与考虑大地电导率的计算结果幅值相差很大;随着大地电导率的增加线路感应过电压减小，也影响过电压的幅值和波形。
　　 最后，从降低配电线路感应雷过电压的角度，分析了配电线路上的感应雷过电压的危害，研究线路上安装避雷器降低感应过电压的效果以及提高线路的耐雷水平;提出了提高绝缘水平、安装穿刺型防弧金具或保护间隙等防护措施，保障线路安全。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 课题研究的背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 配电线路感应雷过电压计算的研究

1．2．2 配电线路感应雷过电压防护技术的研究

1．3 本文研究的主要工作与难点分析

1．3．1 本文研究的主要工作

1．3．2 课题的难点

第二章 雷电放电过程及雷电流

2．1 雷电的物理过程

2．1．1 雷云中的电荷分布与起电机理

2．1．2 雷电放电过程

2．1．3 雷电流参数

2．2 雷电流的数学模型

2．2．1 雷电通道底部电流模型

2．2．2 雷电回击的数学模型

2．3 本章小结

第三章 雷电通道周围电磁场的计算

3．1 大地为理想导体时雷电通道周围电磁场的计算公式

3．1．1 电流元产生的电磁场

3．1．2 雷电流产生的电磁场

3．2 考虑大地电导率时雷电通道周围电磁场的计算公式

3．3 雷电通道周围电磁场的计算

3．3．1 雷电通道周围电磁场的频域计算

3．3．2 计算分析

3．4 本章小结

第四章 架空线路感应雷过电压的计算与分析

4．1 雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型

4．1．1 Taylor模型

4．1．2 Agrawal模型

4．1．3 Rachidi模型

4．2 改进Agrawal场线耦合模型

4．2．1 单导体传输线Agrawal耦合模型的时域形式

4．2．2 多导体传输线Agrawal耦合模型的时域形式

4．3 FDTD法计算配电线路感应雷过电压

4．3．1 时域有限差分法的原理

4．3．2 时域有限差分法求解场线耦合方程

4．4 配电线路雷电感应过电压算法验证

4．5 配电线路雷电感应过电压分析

4．5．1 雷电流幅值对感应过电压的影响

4．5．2 架空配电线路高度对感应过电压的影响

4．5．3 水平距离对感应雷过电压的影响

4．5．4 雷电回击速度对感应过电压的影响

4．5．5 大地电导率对架空线路感应过电压的影响

4．5．6 不同排列方式下的感应雷过电压特征

4．6 本章小结

第五章 配电线路感应雷过电压的防护分析

5．1 配电线路感应雷过电压的状况分析

5．1．1 绝缘子的闪络故障分析

5．1．2 过电压引起线路断线故障分析

5．1．3 避雷器故障分析

5．2 ATP-EMTP仿真分析感应雷过电压

5．2．1 ATP-EMTP仿真软件的介绍

5．2．2 模拟与参数选择

5．2．3 感应过电压的仿真分析

5．3 避雷器防护配电线路雷电感应过电压

5．3．1 不同避雷器安装方式的雷电感应过电压

5．3．2 感应电压峰值与避雷器安装间隔的关系

5．3．3 避雷器提高线路耐雷水平

5．4 针对线路运行环境选择防护措施

5．4．1 提高线路绝缘水平

5．4．2 穿刺型防弧金具

5．4．3 保护间隙

5．5 本章小结

结论与展望

结论

工作展望

参考文献

攻读学位期间发表论文

声明

致谢