输电线路山火跳闸机理的模拟实验和数值模拟研究

摘要

高压输电线路是电网运行的命脉，密切联系着国计民生。最近十几年中，全国范围内高压输电线路由于山火而导致的线路跳闸、停电停运事故越发增多，带来巨大的经济损失。对该类线路跳闸事故进行科学有效的防治，需要深入认识山火引起线路跳闸的机理及其影响因素。
　　由于植被燃烧过程的复杂性，山火导致其上方输电线路跳闸涉及的机理非常复杂，目前存在很多不同甚至抵触的观点。总结而言，目前国内外学者较为认同的跳闸机理模型主要存在三种，分别为空气密度下降模型(ReducedAirDensity)、颗粒触发模型(Particle-initiatedFlashover)以及火焰导电率模型(FlameConductivity)。
　　本文主要从山火引起输电线路跳闸的机理、模拟实验及数值模拟几方面开展研究。主要内容如下:
　　1、山火引起输电线路跳闸的机理分析
　　2、山火引起输电线路跳闸的模拟实验研究
　　3、山火引起输电线路跳闸的数值仿真模拟
　　本文研究山火产生的高温和带电粒子影响放电通道电场分布进而导致高压输电线路跳闸的机理。首先从理论阐述火焰温度对放电过程中相对空气密度、空气相对介电常数的影响，带电颗粒对击穿通道的电场分布的影响，通道电导率增大对放电过程发展的促进作用。实验阶段，分别选取正庚烷和木垛作为火源，在火焰不同区域布置电极以及电极间不同间距进行了一系列直流高压击穿实验，验证了火焰高温及大量带电粒子会大幅降低击穿电压。数值仿真阶段，数值计算了在带电粒子存在条件下放电通道中电势及电场强度的分布，分析了空间电荷密度对电极表面电场的影响。结果表明空间带电粒子数的变化对空间电场强度值以及变化规律有较大影响。
　　通过上述理论分析、模拟实验和仿真研究，本文在一定程度上阐述了输电线路击穿放电过程的微观机理，揭示了山火产生的高温和带电粒子对击穿电压的影响及电极表面电场强度对触发击穿放电现象的意义。上述研究对于认识输电线路山火跳闸现象，评估其危害性，具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 引言

1．2 国内外研究现状

1．3 本文的研究内容

1．4 研究思路

1．5 章节安排

第2章 输电线路山火跳闸机理的理论分析

2．1 引言

2．2 山火引起输电线路跳闸理论

2．2．1 空气密度下降理论

2．2．2 颗粒触发模型

2．2．3 火焰电导率模型

2．3 长空气间隙放电

2．3．1 长空气间隙放电实验研究

2．3．2 长空气间隙放电理论研究

2．4 一维导线周围电场数值计算

2．4．1 等效电荷法

2．4．2 高斯定理

2．5 本章小结

第3章 输电线路山火跳闸机理的实验研究

3．1 引言

3．2 实验装置

3．2．1 实验火源

3．2．2 火焰参数测量实验装置

3．2．3 高压放电实验装置

3．3 实验步骤

3．3．1 火源参数测量实验步骤

3．3．2 高压放电实验实验步骤

3．4 实验结果及分析

3．4．1 不同火源中心线温度曲线

3．4．2 火焰稳定阶段的平均电阻

3．4．3 击穿电压与间隙长度和火焰电阻的关系

3．5 本章小结

第4章 输电线路山火跳闸机理的仿真研究

4．1 引言

4．2 模拟方法

4．3 数值模拟步骤

4．4 模拟条件

4．5 仿真模拟结果

4．5．1 基础模型结果

4．5．2 电荷密度对电极表面电场的影响

4．5．3 击穿判据

4．5．4 棒-板电极放电实验仿真模拟

4．6 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 本文主要结论

5．2 本文主要创新

5．3 本文的不足之处

5．4 未来工作展望

参考文献

致谢

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