雷电活动及地形地貌对输电线路绕击特性的影响研究

摘要

随着我国经济高速增长，电网不断向超/特高压、远距离、大容量的方向发展，输电线路雷电绕击防护问题日渐突出，受到了国内外的广泛关注。输电线路绕击特性的影响因素较多，如雷电活动规律及其特性参数、输电线路的结构参数、地形地貌等。目前有关雷电活动的规律，如先导发展过程的影响机理研究尚不完善；雷电流幅值概率是最重要的雷电特性表征参数之一，规程法给出的计算公式与实测值差异较大；不同地形地貌导致避雷线对导线的屏蔽作用不同，有关工作亟待开展；传统输电线路绕击率计算模型未考虑沿档距方向任意点导线高度的变化，计算结果和实际相比存在一定误差。因此，本文重点研究了雷电活动及地形地貌对输电线路绕击特性的影响，丰富了输电线路雷电屏蔽失效理论，对于线路雷电绕击的防护具有重要实用价值。论文围绕以下几个方面展开：
　　研制了火花放电实验装置和放电路径辨识装置，分析了采用高速摄像机拍摄的放电图片，发现并阐述了短间隙火花放电的“阶段”现象，认为短间隙火花放电与雷电梯级先导发展过程存在相似性。研究了针电极间位置改变对放电次数的影响，通过对大量的试验数据进行拟合，找到了下电极被击概率随距离差变化的规律。建立了输电线路雷击模型，仿真研究了输电线路高度变化、电压极性对雷击概率的影响。
　　调研了某地区2008年雷电活动分布，以该地区两条500kV输电线路为例，统计分析了各档距落雷数据。通过对比雷电流幅值概率分布的规程DL/T620-1997推荐公式计算结果和实测值，发现二者存在很大的差异。在CIGRE、IEEE Std等给出的雷电流幅值概率计算公式的基础上，通过近10年来雷电参数实测数据拟合得到雷电流幅值概率的计算公式，给出了系数β的变化范围和工程计算的推荐值。
　　提出了以电气几何模型为基础的保护弧面、暴露弧面的概念，建立了三维电气几何模型。以导线的高度为变量，给出了绕击率随垂直于线路的截面与杆塔间距离的变化规律及计算式，通过将该计算式沿线路档距方向进行积分，得出单档距三维模型的雷电绕击率计算公式。研究了采用该计算公式后导线高度变化、保护角、雷电流幅值等因素的变化规律，并与电气几何模型做了对比分析。
　　建立了山顶、山坡、从山脚到山顶架设等几种典型的输电线路架设方式下绕击跳闸率的分析模型，提出了这几种架设方式下输电线路绕击跳闸率的计算公式。以220 kV双避雷线输电线路为例，研究了输电线路处于山脉不同位置时最大绕击雷电流和绕击跳闸率随地面倾角的变化规律。分析了单档距为跨谷地形时不同位置绕击特性的变化情况。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪 论

1.1 课题的研究意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 雷击选择性

1.2.2 雷电参数统计

1.2.3 绕击耐雷性能计算方法

1.3 本论文的主要内容

第2章 雷击选择性及影响因素研究

2.1 火花放电路径选择性的研究

2.1.1 实验原理及实验方法

2.1.2 实验现象及分析

2.1.3 放电选择性规律研究

2.2 输电线路雷击概率及影响因素研究

2.2.1 输电线路雷击模型的建立

2.2.2 不同因素对雷击概率影响的仿真

2.3 本章小结

第3章 雷电参数分布规律研究

3.1 基于ARCGIS的区域雷电参数统计研究

3.1.1 数据筛选

3.1.2 数据分类统计研究

3.1.3 网格法对地区雷电参数的统计研究

3.2 输电线路雷电参数的统计研究

3.2.1 输电线路杆塔坐标应用

3.2.2 输电线路雷电参数统计模型研究

3.2.3500kV线路年落雷的统计特性

3.3 雷电流幅值概率计算公式

3.3.1 规程法与实测雷电流幅值的比较

3.3.2 实测值与IEEE Std等公式计算结果的比较

3.3.3 雷电流幅值概率计算公式的提出

3.4 本章小结

第4章 基于三维电气几何模型的绕击特性研究

4.1 三维电气几何模型的提出

4.2 档距两端杆塔等高悬挂时绕击率计算公式

4.2.1 电气几何模型的三维拓展

4.2.2 输电线路绕击率的三维分析

4.2.3 实用算例

4.3 档距两端杆塔不等高悬挂时绕击率计算公式

4.3.1 不等高悬挂时绕击率计算公式的提出

4.3.2 实用算例

4.4 本章小结

第5章 复杂地形输电线路绕击特性研究

5.1 山区地形对输电线路绕击性能的影响研究

5.1.1 输电线路位于山顶

5.1.2 输电线路位于山坡

5.1.3 输电线路从山脚到山顶架设

5.1.4 算例及分析验证

5.2 单档距输电线路绕击性能研究

5.2.1 单档距绕击性能计算方法

5.2.2 实例分析

5.3 塔型对输电线路绕击耐雷性能的影响

5.3.1500kV输电线路塔型对最大绕击雷电流的影响

5.3.2220kV输电线路塔型对最大绕击雷电流的影响

5.4 本章小结

结 论

致谢

参考文献

攻读博士学位期间发表的学术论文和成果