超/特高压输电线路雷电屏蔽性能方法研究

摘要

雷击是影响输电线路安全运行的一个至关重要的因素，随着电力系统电压等级的提高，即超/特高压输电线路相继投产运行，使得输电线路雷害事故又显现出新的特点：一方面，与传统输电线路相比，超/特高压输电线路绝缘水平很高，遭受雷电反击而引起跳闸的可能性很低，但其具有高运行电压、大杆塔结构尺寸、长距离传输等特点，更易遭受雷电绕击的威胁，造成其跳闸；另一方面，线路走廊经过区域的地形不同、雷电活动参数不同以及各线路段结构参数的不同，使得输电线路防雷保护呈现出一定的差异性。因此，开展超/特高压输电线路雷电屏蔽模型及耐雷性能评估方法的研究，综合考虑线路运行电压、雷电活动水平、线路走廊地形和杆塔结构等因素对输电线路的绕击特性的影响，对超/特高压输电线路的防雷设计及电力系统的安全稳定运行起着至关重要的作用。
　　本文首先介绍了电气几何模型的基本思想，分析其物理基础，着重阐述击距的概念及其发展过程，在此基础之上推导出一种计及线路运行电压和杆塔高度的击距公式，提出了一种综合考虑线路运行电压、风偏和地面倾角的电气几何模型，应用该模型对±500kV直流输电线路典型杆塔G1-33、G1-36和G2-45的绕击耐雷性能进行仿真分析，并归纳总结线路的最大绕击电流和绕击跳闸率的变化规律。
　　本文接下来通过比较和分析现有的先导发展模型，建立了一种基于先导发展法的可以综合考虑导线运行电压、导地线弧垂和地面倾角影响的超/特高压输电线路绕击耐雷性能分析模型。该模型细致刻画了雷电下行先导通道模型、上行先导起始、上下行先导的相对发展和击穿等几个雷电绕击输电线路的重要物理过程，介绍了计及导体之间耦合作用的雷击输电线路过程电场分布数值计算方法；同时针对传统先导发展模型取用导、地线平均高度来仿真计算输电线路绕击跳闸率的不足，提出沿档距方向对导、地线进行分段，以各段导、地线实际对地高度带入仿真模型中计算线路绕击特性的方法，编制Matlab界面程序，以运行中的广东省500kV交流超高压输电线路酒杯塔为例对此先导发展模型的合理性和准确性进行验证；并应用该模型分析我国晋东南-南阳-荆门1000kV交流特高压示范线路ZMP1、ZMP2猫头塔和ZBS1、ZBS2酒杯塔的绕击耐雷性能，结果表明四型杆塔绕击跳闸率在0.0575次/100公里·年以下，满足国家电网公司对特高压输电线路绕击跳闸率的要求。
　　本文最后应用改进的电气几何模型和先导发展模型，研究分析地线保护角、地面倾角、杆塔高度、线路运行电压、线路弧垂及风力等因素对输电线路雷电屏蔽性能的影响情况，并进行规律总结；基于两种模型分别仿真计算四个不同电压等级的输电线路绕击跳闸率，与其实际运行中的雷击数据进行对比，以对比的结果为依据，对电气几何模型和先导发展模型的适用范围给出建议。

目录

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中文摘要

英文摘要

目录

1 绪 论

1.1 课题研究的背景、目的和意义

1.2 国内外研究发展及现状

1.3 本文的主要研究内容

2改进的电气几何模型

2.1 概述

2.2 经典电气几何模型

2.3击距的概念及其发展

2.4对电气几何模型的改进

2.5 改进电气几何模型的实现

2.6改进电气几何模型的验证

2.7改进电气几何模型的应用

2.8本章小结

3 计及导线工作电压和弧垂影响的先导发展模型

3.1概述

3.2 先导发展模型主要影响因素研究

3.3 雷击输电线路过程空间电场分布计算

3.4 输电线路表面电场计算

3.5计及导、地线弧垂影响的仿真模型及实现

3.6导、地线弧垂计算

3.7本章模型校验

3.8本章模型应用

3.9本章小结

4 超/特高压输电线路雷电屏蔽性能影响因素分析

4.1概述

4.2影响因素分析

4.3绕击电流与侧面距离关系

4.4两种模型仿真结果比较

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 作者在攻读学位期间发表的论文目录：

B. 作者在攻读学位期间参与的科研项目：