基于先导发展模型的特高压输电线路绕击特性研究课件

会计学1基于先导发展模型的特高压输电线路绕击特性研究华中科技大学会计学1基于先导发展模型的特高压输电线路绕击特性研究华中科技

概述

国内外雷击跳闸故障的统计资料表明，绕击是引起超高压、特高压输电线路雷击跳闸的主要原因。我国在建的UHVDC线路其绕击特性是该线路防雷保护设计的关键，同时其将直接决定线路的雷击跳闸率。由于UHVDC输电线路工作电压高、引雷面积大，这些UHVDC线路本身的特点决定了UHVDC线路绕击特性的研究不能机械地套用现有的规程法、电气几何模型(EGM)或者先导发展模型(LPM)中的任何一种分析模型。华中科技大学电气与电子工程学院高电压工程系在多年雷电屏蔽研究经验和成果的基础上，总结和学习国内外最新的研究成果，建立了综合考虑工作电压和地形因素的雷击仿真模型，该模型的计算结果与实验和现场经验吻合。第1页/共22页概述国内外雷击跳闸故障的统计资料表明，

基于LPM的雷击仿真模型的建立

下行先导模型的建立上行先导起始判据及上行先导模型上、下行先导间的相对运动最后跃变判据及绕击选择性的处理导线模型的建立输电线路模型及边界条件地面倾角的处理第2页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立下行先导模型的建立第2页

基于LPM的雷击仿真模型的建立

下行先导模型的建立

假设先导通道电荷均匀分布，雷云高度为2500m，得通道电荷密度为：

根据K.Berger观测到的第一回击电流，通道电荷Q与雷电流幅值I

满足：

通道头部聚集较多电荷，电荷占通道总电荷量的2.0%。并且通道半径为：第3页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立下行先导模型的建立

基于LPM的雷击仿真模型的建立

下行先导模型的建立1-Whitehead-Armstrongr=6.72I0.8；2-Whitehead-Brownr=10.0I0.65；3-Mousa&IEEEr=8.0I

0.65；4-Youngr=27.0I0.32；5-Modelinginthispaperr=8.62I0.647先导头部电位与K.Berger推断的约在20~100MV之间很好地吻合第4页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立下行先导模型的建立1-

基于LPM的雷击仿真模型的建立

上行先导起始判据及上行先导模型

假设上行先导通道电荷均匀分布，电荷密度与下行先导通道相同，根据F.A.M.Rizk对上行先导通道的描述，认为其具有电弧的特征，则上行先导压降可表示为：

采用F.A.M.Rizk提出的线型物上行先导起始判据：第5页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立上行先导起始判据及上行先

基于LPM的雷击仿真模型的建立

上、下行先导间的相对运动

假设上、下行先导按各自头部最大场强方向发展。上、下行先导间的速度比为1。第6页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立上、下行先导间的相对运动

基于LPM的雷击仿真模型的建立

最后跃变判据及绕击选择性的处理发生最后跃变需要满足两个条件：流注贯穿整个间隙，即上下行先导间流注已相连或者下行先导前方流注已抵达目的物的表面；上下行先导间或者下行先导与未产生上行先导的目的物间的平均电场强度超过平均击穿场强。取对导线和避雷线的临界击穿场强Ec=500kV/m，对大地的临界击穿场强Eg=750kV/m

。沿用EGM中对选择分散性的处理方法，即用50%概率选择区域等效为100%击中区域

第7页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立最后跃变判据及绕击选择性

基于LPM的雷击仿真模型的建立

导线模型的建立h=25.0m,r=0.4m,l=1600.0m,UDC=500kV第8页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立导线模型的建立h=2

基于LPM的雷击仿真模型的建立

输电线路模型的建立对第n根导线：对多导线系统：其中：第9页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立输电线路模型的建立对第n

基于LPM的雷击仿真模型的建立

地面倾角的处理

将输电线路相导线线、避雷线的几何位置以及下行先导侧面定位点经过坐标变换映射至坐标系y’o’z’中，在y’o’z’坐标系中进行模型仿真，仿真完成后再将所得先导发展轨迹反变换投影至坐标系yoz中，由此可解决在计及地面倾角条件下，直流输电线路的绕击仿真问题的求解。第10页/共22页基于LPM的雷击仿真模型的建立地面倾角的处理雷击仿真模型的校验500kVZB6T杆塔为算例第11页/共22页雷击仿真模型的校验500kVZB6T杆塔为算例第11页/序号雷电流幅值/kA侧向距离/m最后跃变点(y,z)地线上行先导长度/m导线上行先导长度/m击距/m击中物体地线导线大地1547.5(35.58,41.82)0.00.022.76√××2550.0(36.12,35.24)0.00.021.54×√×3553.0(36.55,25.64)0.00.022.20×√×4553.5(32.94,12.92)0.00.012.92××√51364.50(53.77,43.28)0.00.040.92√××61364.79(53.73,40.90)0.00.039.97×√×71366.00(54.40,36.44)0.00.039.77×√×81367.00(53.96,25.83)0.00.025.83××√91570.00(58.12,31.54)0.00.045.27√××101571.00(58.89,28.44)0.00.028.44××√1160128.0(119.98,70.86)9.700.0110.69√××1260132.0(123.99,67.96)2.300.067.96××√表1500kVZB6T型杆塔仿真结果

雷击仿真模型的校验第12页/共22页序号雷电流幅值/kA侧向最后跃变点(y,z)地线上行先导雷击仿真模型的校验图10仿真所得绕击空间与试验结果对比图11仿真所得绕击空间与试验结果对比

(Eg=500kV/m)(Eg=750kV/m)

第13页/共22页雷击仿真模型的校验图10仿真所得绕击空间与试验结果对比UHVDC绕击特性研究SR：地线的屏蔽半径(ShieldingRadius)AR：导线的吸引半径(AttractiveRadius)SFW：暴露距离(ShieldingFailureWidth)第14页/共22页UHVDC绕击特性研究SR：地线的屏蔽半径(Shieldin

±800kVUHVDCZV2型杆塔计算结果UHVDC绕击特性研究图13云广ZV2型杆塔暴露距离计算结果图12暴露距离SFW的确定示意图第15页/共22页±800kVUHVDCZV2型杆塔计算结果UHVDC绕UHVDC绕击特性研究图14云广ZV2型杆塔暴露距离计算结果

工作电压对绕击特性的影响分析

正极性工作电压增强相导线的引雷能力，同时会抑制同侧避雷线的屏蔽能力。第16页/共22页UHVDC绕击特性研究图14云广ZV2型杆塔暴露距离计算结UHVDC绕击特性研究图14云广ZV2型杆塔暴露距离随高度变化图15云广ZV2型杆塔绕击率随高度变化图16云广ZV2型杆塔暴露距离随地面倾角变化图17云广ZV2型杆塔绕击率随地面倾角变化第17页/共22页UHVDC绕击特性研究图14云广ZV2型杆塔暴露距离随高度杆塔高度/mh=50mh=55mh=60m绕击跳闸率/flashes/100km/year0.00.00.564地面倾角/0θ=100θ=200θ=300绕击跳闸率/flashes/100km/year0.00.3471.816UHVDC绕击特性研究表2云广ZV2型杆塔绕击跳闸率计算结果第18页/共22页杆塔高度/mh=50mh=55mh=60m绕击跳闸率0.005.结论本文取对导线和避雷线的临界击穿场强Ec=500kV/m，对大地的临界击穿场强Eg=750kV/m；假设上、下行先导按其头部最大场强方向运动，并取50%概率绕击空间为绕击空间所建立的雷击仿真模型是合理的，其计算结果与模拟试验结果吻合；对于负极性下行地闪，在相同条件下，正极性直流工作电压的引入，使得线路的最大绕击电流增加，绕击空间增大；而负极性直流工作电压的引入，使得线路的最大绕击电流减小，绕击空间减小。因此在直流输电线路的绕击特性计算中，工作电压不能被忽略；第19页/共22页5.结论本文取对导线和避雷线的临界击穿场强Ec=5005.结论直流工作电压通过影响导线和避雷线的迎面先导起始时刻来影响其各自的引雷能力，对于负极性下行地闪，正极性的直流电压增强了正极极线的引雷能力，抑制了正极极线侧避雷线的引雷能力；在杆塔高度小于55.0m