雷电冲击下线路--杆塔--接地网一体化全波建模及电磁暂态特性研究

摘要

我国输电线路的运行经验表明，雷击跳闸事故是线路事故的主要原因，其中反击跳闸事故占有很大比例，而目前受试验条件及电磁场计算技术发展水平的限制，雷电作用下输电线路暂态特性的研究主要以路模型的型式开展，而以场模型开展的研究工作局限于独立的杆塔或接地网方面，难以进行更深入精细的研究。建立符合工程实际的计算模型是准确研究线路雷击暂态特性的基础，可以进一步提高反击过电压及耐雷水平研究精度。本文建立线路-杆塔-接地网一体化电磁场分析模型，对雷电冲击下电磁暂态特性进行分析，并对其反击过电压与降压措施进行研究，为线路防雷改造提供理论支持。 本文基于矩量法，利用CDEGS软件建立了线路-杆塔-接地网一体化分析模型，并验证了此模型能够考虑雷电流传播的波过程，相邻杆塔的分流及接地网在土壤中的散流过程。将一体化分析模型应用于一条500kV酒杯塔输电线路，对其雷击电磁暂态特性的研究表明，土壤电阻率对杆塔的电压电流冲击响应具有较大影响，土壤电阻率高时，接地网散流困难，杆塔分流作用减弱，架空地线的分流作用更明显。雷电流幅值不改变电流在模型中的分布，只对幅值有影响。波前时间主要影响杆塔和地网冲击响应特性，对地线影响较小。波前时间短时，电流中高频分量受导体的自电感阻碍难以向远端传播，使横担与地网上的冲击电压波形具有上升速率快，峰值高的特点。 通过对500kV酒杯塔输电线路的雷电反击过电压分析得到，规程法求得的输电线路耐雷水平比实际值偏高，利用工频接地电阻判断地网作为防雷改造依据不全面，需要从冲击阻抗的角度对地网进行设计来降低绝缘子串反击过电压。并将雷电流、土壤电阻率及接地网型式等参数直接反映到绝缘子串反击过电压上，建立了绝缘子串反击过电压的经验公式。基于同一模型参数，在ATP中依据杆塔尺寸结构建立多波阻抗模型，与CDEGS建立的场模型进行对比，CDEGS计算得到的杆塔横担电压比ATP中高16.75％，入地电流少8.3％，由于ATP路模型中将杆塔等效成波阻抗并且将接地网视为恒定电阻，会造成计算值误差。以降低反击过电压为目标，采用将圆钢换成石墨基柔性接地材料，在地网上添加火花刺，以及增加接地网外延射线长度的方法对地网进行优化设计。针对高土壤电阻率一条500kV酒杯塔输电线路进行接地网改造。冲击接地电阻值由25.58Ω降低至12.02Ω，降低了53％;绝缘子串两端反击过电压由2375.37kV降低至2166.645kV，降低了8.8％。研究对高土壤电阻率地区杆塔防雷改造建设工程具有一定指导价值。

目录

声明

摘要

1．1本文研究背景及意义

1．2国内外研究现状

1．2．1输电线路反击特性分析方法

1．2．2雷电冲击下杆塔暂态特性分析模型

1．3本文的主要研究内容

2线路-杆塔-接地网一体化模型的建模方法研究

2．1．1矩量法介绍

2．1．2雷电流传播波过程研究

2．1．3考虑火花效应下接地网冲击接地阻抗的等效计算方法

2．2典型杆塔建模及简化

2．2．1角钢等效方法

2．2．2杆塔建模简化

2．3杆塔的建模基数研究

2．4本章小结

3雷电冲击下输电线路电磁暂态特性研究

3．1土壤电阻率的影响研究

3．1．1土壤电阻率对架空地线分流的影响

3．1．2土壤电阻率对接地体散流的影响

3．1．3土壤电阻率对接地网电压的影响

3．1．4土壤电阻率对横担电压的影响

3．2雷电流幅值的影响研究

3．2．1雷电流幅值对架空地线分流的影响

3．2．2雷电流幅值对接地体散流的影响

3．2．3雷电流幅值对接地体电压的影响

3．2．4雷电流幅值对横担电压的影响

3．3雷电流波前时间的影响研究

3．3．1雷电流波前时间对接地网电压的影响

3．3．2雷电流波前时间对横担电压的影响

3．3．3雷电流波前时间对架空地线分流的影响

3．4本章小结

4 500kV输电线路反击过电压分析及降压措施研究

4．1反击过电压与工频接地电阻的关系研究

4．2反击过电压与冲击接地电阻的关系研究

4．2．1输电线路反击耐雷水平计算

4．2．4反击过电压与冲击接地电阻的关系研究

4．3 ATP仿真模型计算结果对比研究

4．3．1计算模型建立

4．3．2基于等效模型的计算结果

4．3．3与CDEGS模型计算结果对比分析

4．4以降低反击过电压为目标的杆塔接地网设计研究

4．4．1接地网材料的选择

4．4．2雷电冲击电流作用下接地体有效长度计算

4．4．3接地体火花效应研究

4．4．4以降低反击过电压为目标的地网设计

4．5本章小结

5．1结论

5．2展望

参考文献

致谢