城市建筑物对架空线耦合电压的影响研究

摘要

雷电电磁脉冲在空间传播，容易受到地面障碍物的干扰，对通讯系统和电力系统也会造成不小的冲击。因此，了解雷电电磁脉冲在空间的传播特性，深入研究雷电在架空传输线上的耦合电压，分析地面建筑等障碍物对雷电电磁环境的影响，对目前的雷电防护工作具有重要的理论意义和实际价值。首先，文章介绍了时域有限差分方法(FDTD)和耦合模型的基本原理，然后基于Agrawal耦合模型，利用三维FDTD实现了对雷电电磁场及架空线雷电感应过电压的计算，分别研究了建筑物不同参数对雷电电磁环境和感应过电压的影响，最后利用“场-线”一体化数值计算方法，分析了在土壤电阻率分层的条件下，建筑物对架空线雷电感应过电压的影响差异。本文通过模拟研究发现:
　　(1)理想地表情况下，建筑物的存在削弱了架空线附近的垂直电场，当建筑物分别位于架空线两侧时，水平电场方向相反;建筑物高度的增加对架空线附近的水平电场波形影响不大，当建筑物高度增大时，垂直电场减小;建筑物与闪电通道距离越近，垂直电场越大。
　　(2)对于15m高的建筑物，当它与闪电通道分别位于架空线路同侧及异侧时，在继后回击下相比建筑物不存在时的耦合电压之比分别为46.1％和61.3％，在首次回击下的比值分别为47.0％和56.1％，建筑物对架空线路上的耦合电压造成近一半的衰减;无论建筑物位于架空线的哪一侧，建筑物高度越高，距离架空线越近，衰减作用越明显。
　　(3)在土壤电导率水平分层的条件下，建筑物的存在对架空线路起到明显的屏蔽作用，导致架空线上的雷电感应过电压衰减严重。而且无论建筑物存在与否，架空线中点处的雷电感应过电压峰值都有所衰减;不管建筑物位于什么位置，在有效的范围内，建筑物高度越高，架空线上的雷电感应过电压越小，对架空线的屏蔽效果越好。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究的目的和意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 基电流函数和雷电回击模型介绍

1．2．2 雷电通道周围电磁场的计算

1．2．3 雷电电磁场对架空线路作用的研究

1．2．4 地物对地闪回击电磁辐射环境影响的研究

1．3 本文的主要内容

第二章 基于三维FDTD的建筑物对雷电电磁环境的影响分析

2．1 时域有限差分方法

2．1．1 FDTD简介

2．1．2 FDTD基本方法及在电磁场计算中应用

2．2 建筑物对周围雷电电磁环境的影响

2．2．1 模型介绍

2．2．2 有无建筑物时的电场对比

2．2．3 建筑物高度不同时的电场对比

2．2．4 建筑物位置不同时的电场对比

2．3 本章小结

第三章 建筑物对架空线耦合电压的影响

3．1 Agrawal耦合模型

3．2 基于FDTD方法对架空线感应过电压的计算

3．2．1 FDTD对雷电回击电磁场的计算

3．2．2 时域有限差分算法对Agrawal耦合模型的实现

3．2．3 计算方法有效性验证

3．3 建筑物对耦合电压的影响

3．3．1 有无建筑物时对耦合电压的影响

3．3．2 不同建筑物高度对耦合电压的影响

3．3．3 不同建筑物位置对耦合电压的影响

3．3．4 非理想地面条件下建筑物对耦合电压的影响

3．4 本章小结

第四章 分层土壤结构下建筑物对架空线耦合电压的影响

4．1 “场-线”一体化雷电感应过电压数值计算方法

4．1．1 细导线模型的选取

4．1．2 架空线模型的程序设计

4．2 水平分层土壤结构下建筑物对耦合电压的影响

4．2．1 模型介绍

4．2．2 上层土壤电导率小于下层土壤电导率的情况

4．2．3 上层土壤电导率大于下层土壤电导率的情况

4．3 本章小结

第五章 结论与展望

5．1 全文总结

5．2 论文创新点

5．3 存在的问题和展望

参考文献

作者简介

致谢