考虑地面倾角的±800kV输电线路避雷线保护角优化配置研究

摘要

随着电力网的发展，特高压直流输电在加强省间电网互济、探索大电网之间柔性互联方面发挥着重要作用。然而，特高压直流输电沿途地形复杂，山区输电线路易遭受雷电绕击，而特高压直流输电线路雷电防护设计又多基于低电压等级线路运行经验。因此，有必要开展特高压直流输电线路雷电屏蔽性能影响因素的相关研究，以期找出地形条件与各因素之间的优化配置关系，为特高压直流输电线路设计和后期雷电防护改造提供借鉴。本文开展的工作主要如下: (1)基于空气间隙放电与自然雷电放电在放电过程与放电参数方面的相似性分析，研究了试验中模型比例、直流线路标称电场、下行先导近区电场等价性问题。研究了模型比例对输电线路雷电屏蔽模拟试验性能的影响，确定了模型试验比例为1∶30;为保证模型线路空间标称电场分布与±800kV直流输电线路相一致，采用直流高压发生器给导线施加±26.7kV电压，并设计了20kΩ-0.3μF阻容吸收回路，降低了流入直流高压发生器侧冲击电流幅值，提高了直流加压回路供电可靠性;通过对自然界、模拟试验中避雷线和导线表面产生电晕时场强变化率的计算，选取了250/2500μs负极性操作波作为试验电压波形。 (2)针对不同地面倾斜角，以避雷线保护角、导线工作电压、雷电先导入射角为变量，开展了线路雷电屏蔽性能影响的模拟试验。试验结果表明，降低避雷线保护角对提升线路防雷电绕击能力明显，倾斜角15°时，保护角-5°、0°对应的绕击区间较5°时分别降低了20.5％和9.6％。导线电压极性对线路雷电屏蔽性能影响较大，相较于负极性电压，导线施加正极性电压时线路绕击区间增大了49.5％，绕击概率显著提高。 (3)建立了综合考虑地面倾斜角、导线电压、雷电先导入射角、杆塔高度、风速、避雷线保护角的改进电气几何模型，对±800kV直流输电线路雷电屏蔽失效率进行了仿真计算，并计算了对应的绕击闪络率。分析了避雷线保护角等因素与地面倾斜角间的配合关系。结果表明，对于保护角，倾斜角不大于15°、保护角不大于10°或者倾斜角范围在15°～30°、保护角不大于-5°时，可满足地闪密度为6.85次/km2·a时±800kV直流输电线路绕击闪络率不超过0.197次/100km·a的要求。

目录

声明

摘要

1．1研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1输电线路雷电屏蔽性能研究现状

1．2．2复杂地形下输电线路雷电防护措施

1．3本文主要工作内容

2特高压直流输电线路雷击模拟试验原理及方案

2．1试验原理

2．1．1放电过程

2．1．2放电参数

2．2试验设备及模型选取

2．2．1试验设备选取

2．2．2试验模型选取

2．2．3冲击电压波形

2．3大气修正因数

2．4试验方案

2．4．1电极尖端空间定位方法

2．4．2U50％获取及试验现场布置图

2．4．3放电击中点概率分布确定方法

2．5本章小结

3．1概述

3．2雷电先导入射角对雷电屏蔽的影响

3．2．1试验布置及方法

3．2．2不同先导入射角下绕击概率及绕击区间分析

3．3工作电压对雷电屏蔽的影响

3．3．1试验布置及方法

3．3．2不同电压极性下绕击概率及绕击区间分析

3．4避雷线保护角对雷电屏蔽的影响

3．4．1试验布置及方法

3．4．2不同保护角下绕击概率及绕击区间分析

3．5线路雷击模拟试验特殊放电现象分析

3．6本章小结

4．1概述

4．2击距及击距系数

4．3电气几何模型的改进

4．3．1工作电压对模型的影响

4．3．2风速对模型的影响

4．3．3弧垂对模型的影响

4．3．4地面倾角对模型的影响

4．4改进电气几何模型的实现

4．4．1雷电参数的选取

4．4．2最小与最大绕击雷电流

4．4．3屏蔽失效率与绕击闪络率

4．4．4仿真流程图

4．5改进电气几何模型的验证

4．6本章小结

5特高压直流输电线路雷电屏蔽性能仿真分析

5．1概述

5．2雷电屏蔽性能影响因素仿真计算

5．2．1工作电压

5．2．2雷电先导入射角

5．2．3杆塔高度

5．2．4风速

5．2．5避雷线保护角

5．3本章小结

6．1总结

6．2展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的科研成果

致谢