架空线路雷击过电压与闪络点分布特性研究

摘要

近年来，随着城市架空配电网绝缘化改造，农村架空线路敷设面积的扩大，雷击断线事故频繁发生，严重影响了电网供电的可靠性。架空线路雷击断线问题存在已久，多年来由于配电网事故影响范围小，该问题未得到有效重视。但随着用电量的不断增长，架空线路敷设面积的不断扩大，配电网架空线路雷击断线问题引起了电力部门的重视。特别是配电网架空线路敷设面积大，不可能全线加装防雷装置，防护薄弱，全国范围内每年的断线次数多达上千次，不在统计范围内的次数更是不可低估。据电力公司雷击事故统计，10kV架空绝缘线路和运行多年的裸导线均存在雷击断线问题。据近年实际调查，辽宁某地区的数十条10kV架空线路每年都遭遇雷击，仅在2014年就有10条线路发生了20多起雷击断线事故。架空线路雷击断线事故增加了电力部门运营管理负担，也给广大电力用户造成了巨大的经济损失，必须给予高度重视和有效解决。本文主要针对10kV架空线路雷击断线问题进行研究分析。 首先，通过对某地区雷击断线情况进行现场调研，并结合该地区耐雷水平分析，得出了该地区雷击断线的普遍性，为搭建雷击过电压模型，研究雷击断线的机理及试验研究提供必要的实践依据。 其次，以架空线路的结构参数为基础，采用ATP-EMTP仿真软件建立配电网感应雷击过电压模型，分析了雷电发生时绝缘子两端电压的变化，得到了一定线路参数下的仿真数据，并比较各种防雷措施对限制雷电过电压的效果。 最后，通过对闪络过程电弧受到的电动力、热浮力、空气动力等的综合分析，简要分析了电弧发展演变特性。并搭建雷击断线试验研究平台，通过高速CMOS相机获取架空线路绝缘子附近雷击闪络的分布特性，为雷击断线问题的解决和电网的防雷设计，提供了依据。

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1.1 引言

1.2 项目研究背景和意义

1.3 国内外研究状况

1.4 论文的内容和章节安排

2.1 雷击断线事故现场分析

2.1.1 雷击事故现场调研

2.1.2 雷击故障原因分析

2.2 线路防雷性能分析

2.2.1 耐雷水平

2.2.2 雷击跳闸率

2.3 本章小结

3.1 电磁暂态仿真软件ATP-EMTP介绍

3.2 配电线路感应雷过电压模型的建立

3.2.1 杆塔模型

3.2.2 线路模型

3.2.3 雷电流模型

3.2.4 绝缘子闪络模型

3.2.5 感应雷过电压计算模型

3.3 配电线路感应雷过电压ATP仿真模型

3.4 本章小结

4.1不同影响因素的仿真分析

4.1.1针对不同相位的仿真分析

4.1.2针对不同杆塔同相位的仿真分析

4.1.3针对不同雷电流的仿真分析

4.2 常规雷击防护方案仿真分析

4.2.1 避雷针仿真分析

4.2.2 避雷器仿真分析

4.2.3 避雷线仿真分析

4.2.4 减小接地电阻分析

4.3 改进型防护方案分析

4.3.1 更换不同等级绝缘子

4.3.2 防雷支柱绝缘子分析

4.4 防雷方案的对比选择

4.5 本章小结

5.1 雷击断线闪络分析

5.1.1 架空线路断线过程

5.1.2 工频交流电弧分析

5.1.3 建立工频电弧数学模型

5.1.4 工频电弧仿真研究与结果分析

5.2 雷击闪络点概率分布实验

5.2.1 模拟雷电过电压实验平台介绍

5.2.1 污损线路雷击闪络点概率分布实验

5.2.2 雷击闪络点概率分布实验结果分析

5.3 本章小结