输电线路雷击故障仿真分析及其电磁特征分类研究

摘要

电力系统的运行统计数据表明，雷击是引起输电线路故障的重要原因。通过长期的运行经验和科学研究，掌握了多种降低雷电危害的措施，传统的防雷措施对减少雷电造成的危害并没有达到理想的水平，雷电引发故障的情况时有发生，因此有必要在在线路遭受雷击引发故障后自动将故障部分切除，同时雷击未引发故障时则保护不会动作。雷击输电线路或电力元件后，通常会产生两种情况:雷击故障时，行波保护应可靠动作，而雷击未故障时则应可靠不发生动作。针对行波保护可能出现的错误动作，需要寻找一种准确且具有实时性的判断方法，可以对两种雷击情况加以辨别。
　　本文首先介绍了电磁暂态仿真的基础和雷电的基本知识，利用这些基础知识，分别构建了不同元件的仿真模型，用ATP-EMTP搭建了进行输电线路暂态仿真的基本模型。重点研究了冲击电晕和耦合地线的模型，在绕击和反击情况下，冲击电晕和耦合地线同时考虑对电力系统暂态计算的影响。通过研究冲击电晕和耦合地线的产生机理和等值电路，搭建了仿真模型，仿真结果表明，两种因素综合考虑，对雷击后的故障电压产生了一定影响。同时分析了绕击和反击波形特征的差异，这些差异绕击和反击的区分。
　　通过改变线路的结构和参数，模拟不同类型和不同位置的雷击，分别获取雷击杆塔未故障、雷击杆塔故障、雷击避雷线未故障、雷击避雷线未故障、雷电绕击导线故障四种情况下的波形。利用数学形态学的滤波作用，选取扁平化结构元素对仿真所得波形进行滤波处理，可以减少毛刺部分对判断结果的影响。
　　对上述滤波之后的波形，利用拟合直线的方法，提取不同故障情况下的暂态特征，利用这些特征构成了判别故障雷击和非故障雷击的判据，为行波保护的动作提供依据。通过仿真显示，该思路可以改善故障区分的可靠性。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 本课题研究的背景和意义

1．2 雷电过电压暂态特征提取和识别方法研究现状

1．3 数学形态学的发展及其工程应用

1．4 本文研究的主要内容

第2章 电磁暂态计算模型及雷电参数

2．1 电磁暂态计算模型的建立

2．1．1 电感的等值计算模型

2．1．2 电容和电阻的等值计算模型

2．1．3 单相无损线的等值计算电路

2．2 雷电放电理论及雷电参数

2．2．1 雷电放电的过程

2．2．2 雷电放电参数及仿真波形

2．2．3 输电线路雷电过电压类型

2．3 本章小结

第3章 输电线路雷击仿真模型

3．1 杆塔模型

3．2 接地电阻模型

3．3 绝缘子及模型

3．4 仿真线路参数

3．5 冲击电晕的计算模型及影响

3．5．1 冲击电晕的伏库特性

3．5．2 冲击电晕的起始电场

3．5．3 冲击电晕的等效模型

3．6 耦合地线的模型及影响

3．6．1 耦合地线的等值电路

3．6．2 耦合地线的等效模型

3．7 考虑冲击电晕和耦合地线的电磁暂态仿真

3．7．1 绕击和反击仿真波形

3．7．2 绕击和反击波形对比分析

3．8 本章小结

第4章 基于数学形态法的雷击故障识别

4．1 数学形态学的基础理论知识

4．1．1 二值数学形态学

4．1．2 灰值形态学

4．2 雷击线路的电磁暂态特征

4．2．2 雷击避雷线档距中央

4．2．3 雷电绕击导线

4．3 数学形态学用于故障归类

4．3．1 故障行波与非故障行波的识别方法

4．3．2 电磁暂态仿真验证

4．4 本章小结

第5章 结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果

攻读硕士学位期间参加的科研工作

致谢