适用于流注茎温度场测量的定量纹影系统及其图片处理方法

流注茎的热特性是研究先导形成与发展的关键问题,建立适用于流注茎温度场测量的系统对深入研究先导放电机理具有重要的意义。该文通过合理地设计光路、选择光源与透镜的参数,建立了一套空间分辨率为70?m、时间分辨率为5?s、灵敏度较高,适用于测量流注茎温度的定量纹影系统,同时根据纹影图片的特点以及流注茎的特性,提出了纹影图片的处理方法和流程,实现了对流注茎温度场的测量。通过开展长空气间隙先导放电试验,获得了流注茎的注入电流和纹影图片,基于提出的流注茎温度场的计算流程,获得了流注茎的径向温度分布,结果表明,流注茎的温度在25?s内从300K上升至720K,而且前期的上升速率要高于后期。

同塔双回直流换流站雷电侵入波特性

以单回直流系统的换流站为基础,搭建一个同塔双回直流换流站系统,利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,仿真计算同塔双回直流系统换流站直流侧的雷电侵入波过电压,以研究换流站的雷电侵入波特性和分析同塔双回和单回直流系统雷电侵入波特性的差别。结果表明,同塔双回直流系统换流站雷电侵入波过电压幅值与雷击形式、雷击点、系统运行方式以及工作电压极性均有关系,而且在直流侧的这个过电压幅值比起单回直流系统的要小。

输电线路雷电先导发展三维仿真模型

超、特高压线路雷电屏蔽性能的科学评估方法是电力系统防雷研究的前沿课题之一。现有输电线路雷电先导发展模型中上行先导起始未考虑流注空间电荷影响、假设发展速度为恒值,且未考虑杆塔、线路实际三维结构对雷电屏蔽性能的影响。针对上述不足,该文研究建立了考虑流注空间电荷屏蔽作用的输电线路上行先导起始和发展全过程的动态仿真模型,开展了3m棒-板间隙正极性操作冲击放电流注先导转化过程实验观测,对所建立模型进行了验证;基于模拟电荷法建立了雷击输电线路下行先导过程附近空间三维电场并行计算方法。应用文中模型定量计算了典型的特高压同塔双回输电线路雷电上行先导放电特征参数,得出Rizk判据和临界电晕判据不考虑空间电荷的屏蔽作用,将夸大工作电压对上行先导起始的促进作用;现有的雷电先导发展模型假设上行先导与下行先导的速度比为恒值,既不能准确反映上行先导间的竞争关系,也有可能夸大上行先导的引雷能力。

南方电网超/特高压输电线路防雷性能评估技术研究进展

南方电网西电东送主网架雷电活动频繁,地形、气候条件恶劣,雷击故障差异化分布特征显著,实施有效防护面临的挑战巨大。本文介绍了近年来南方电网在超/特高压输电线路防雷性能评估技术方面的研究进展。调研总结了南方电网的雷电活动和超/特高压输电线路防雷运行情况,分析得出了其雷击跳闸的原因。研究建立了雷云电场下UHVDC线路电晕空间电荷分布的数值仿真模型,试验获得了大尺寸分裂导线正极性上行先导的起始条件。研究建立了基于时域有限差分(FDTD)的复杂导体系统冲击响应的数值计算模型,通过开展模型线路瞬态响应实测,验证了模型的准确性。研发出输电线路防雷分析软件系统LPTL,开展了典型输电线路防雷性能评估结果与运行经验的对比研究,验证了软件的工程适用性。未来应坚持开展直流线路雷电绕击机理的基础研究,不断修正完善LPTL,为输电线路防雷设计和改造升级提供有效手段。

取消人工接地体对特高压同塔双回线路反击闪络特性的影响

为准确分析取消人工接地体后特高压同塔双回线路的反击闪络性能,探讨取消人工接地体的适用条件,以我国浙北—福州特高压工程同塔双回线路为研究对象,基于时域有限差分法和先导闪络判据,分析了不同呼高和土壤电阻率下的反击闪络特性。结果表明:取消接地体会使绝缘子两端过电压波尾和峰值抬升,越靠近地面的相抬升越厉害;闪络间隙电压抬升效果主要受土壤电阻率影响,随着土壤电阻率增加,取消接地体后闪络间隙电压的抬升效果越明显,当土壤电阻率大于1 500?·m时,中相比上相更容易发生闪络;在土壤电阻率不超过500?·m的地区取消人工接地体,则可以保证耐雷水平大于200 k A。

空气间隙击穿后电弧通道的特性分析

空气间隙击穿是输电线路故障的一种常见原因,间隙击穿后电弧通道的发展决定着间隙的绝缘恢复过程。该文搭建包含电学、光学、热学测量的放电试验综合观测平台,对30~50cm空气间隙击穿后电弧通道的演化过程进行研究。光学图像表明,放电通道的发展路径呈现弯弯曲曲的形态,通道的二维长度与间隙距离的比值范围为1.1~1.6,平均值为1.3;基于电压电流波形,计算得到空气间隙击穿后电弧通道的单位长度电阻在Ω/cm量级。根据纹影图像定义了通道的恢复程度,发现通道的恢复时间与放电通道单位长度注入能量正相关。综合该文试验结果,推测空气电弧通道结构为“核–鞘”结构,指出制约弧后恢复的主要是热学恢复过程。相关试验结果可以为间隙击穿后放电通道的恢复过程研究提供一定的借鉴。

基于FDTD和EMTP的特高压大跨越线路雷击暂态过程对比分析

大跨越线路的杆塔高、档距长,反击闪络风险高,准确分析其雷击暂态过程,对于保证特高压线路的安全运行具有重要意义。文中针对淮南—上海特高压工程南通—苏州段的大跨越输电线路,分别建立了该线路雷击暂态过程的FDTD和EMTP模型,得到了大跨越线路的杆塔横担与塔顶电压、导线电压和绝缘子串过电压,并开展了对比分析,结果表明:采用Hara提出的杆塔多波阻抗模型,EMTP计算得到的横担和塔顶电压远大于FDTD计算结果;若不考虑感应分量,EMTP计算得到的导线电压大于FDTD计算结果;上述结果导致EMTP计算得到的绝缘子串过电压远高于FDTD计算结果。

长空气间隙放电通道的绝缘恢复特性

输电线路因过电压引起间隙放电而跳闸后,放电通道的绝缘恢复对重合闸时间的整定具有重要的指导作用。该文在长空气间隙施加不同冲击电压,基于高速纹影技术,观测间隙耐受和间隙击穿时放电通道的绝缘恢复过程。试验结果表明:间隙耐受时,靠近电极的放电通道消散较快,并且形态类似“蘑菇云”,而远离电极的放电通道仅做径向扩张;间隙击穿时,通道演化形态类似“毛毛虫”,而且在放电通道弯曲处和分叉处,中心发光区域存在“瓶颈”现象。统计表明,间隙耐受时放电通道的绝缘恢复时间为5~25ms,且随着注入能量的增大,绝缘恢复时间呈对数增大;间隙击穿且自然风速约为2m/s时,正极性雷电冲击电压、正极性操作电压、负极性操作电压作用下放电通道的绝缘恢复时间分别为46.1~243.9ms、6.97~107.74ms和8.09~153.62ms。

典型500kV双回路直线转角塔雷击故障分析与思考

文中通过计算和试验对实际发生的典型500 kV双回路直线转角塔雷击故障进行详细分析。对故障塔结构及绝缘配置参数进行调研分析,推导避雷线保护角、绝缘子坐标与绝缘子偏角之间的关系,建立雷电绕击计算模型并计算验证故障塔跳闸原因为雷电绕击故障杆塔转角内侧中相,结合实际地闪密度开展雷击跳闸风险评估;同时根据故障塔实际尺寸开展直线转角塔雷电绕击模拟试验,模拟比例为35:1,统计不同相导线绕击次数和放电路径;总结得出直线转偏角对雷击跳闸率及风险等级的变化规律,提出在转角内侧中相加装线路避雷器、开展绝缘子偏角校核等运维改造建议。

500kV双回路直线转角塔输电线路的防雷保护分析

针对江苏省的典型500kV双回直线转角塔输电线路,杆塔型号为SZJ1、SZJ2和SZJ16,采用电气几何模型,分析杆塔呼高和绝缘子串偏角对直线转角塔输电线路绕击耐雷性能影响。计算结果表明,随着杆塔的呼高增加,直线转角塔输电线路的绕击跳闸率逐渐增大;随着绝缘子串偏角的增加,SZJ1和SZJ16直线转角塔输电线路的绕击跳闸率逐渐增大,而SZJ2直线转角塔输电线路的绕击跳闸率先降低后增加,在40°左右达到最小值;SZJ1和SZJ16直线转角塔输电线路的绕击跳闸风险降低,SZJ2直线转角塔输电线路的绕击跳闸风险较高。选取江苏省500kV兴斗5294线的56号杆塔(SZJ2型)处输电线路进行仿真计算,结果表明56号杆塔的内侧中相导线最易遭受雷电绕击,绕击跳闸率最高,与实际运行经验比较符合。通过分析减小保护角对SZJ2直线转角塔线路绕击耐雷性能的影响,给出不同高度直线转角塔线路所需采用的保护角推荐值。

正极性雷电冲击电压下5m棒-板空气间隙放电特性试验研究

开展了正极性雷电冲击电压下5 m棒-板间隙的放电试验,同步测量获得了放电电压、放电电流和图像。根据放电不同阶段的电流特性,辨识了初始电流放电、二次流注放电和先导放电过程,并研究了电压幅值和电极形状对上述放电阶段的影响。试验结果表明,初始流注放电产生的空间电荷与电压幅值和电极曲率半径均正相关,其抑制作用使得流注起始时延的平均值近似为常数;二次流注的平均速度为700~1 060 cm/μs,其随着电压幅值的增加逐渐增大,而随着曲率半径的增大而减小;先导发展的平均速度为29~111 cm/μs,随电压幅值的增加线性增大,而随电极曲率半径增大有所降低。

长空气间隙放电通道绝缘恢复过程的激波特性

基于高速纹影技术,建立了长间隙放电过程和通道绝缘恢复过程的试验观测平台,提出了同步策略,开展了长空气间隙放电过程和通道绝缘恢复过程的电压、电流和纹影图片同步观测。发现长空气间隙击穿后放电通道与电极接触点处的球面激波和沿着放电通道的柱面激波,统计获得了柱面激波传播速度与激波半径的关系曲线,以及施加不同电压类型对激波速度的影响规律。

典型负地闪放电过程的光学观测分析

雷击放电物理过程的基础性研究对于输电网的防雷性能设计与分析具有重要的指导意义。为此基于南方电网科学研究院建立的自然雷电观测平台获取的结果,总结了近2年间广州塔附近观测到的10次典型的负地闪(cloud-to-ground, CG)放电活动。利用高速摄像机(拍摄帧率为12 500帧/s或13 500帧/s)的观测数据,对其中4次放电过程进行了详细分析。光学观测结果表明,首次回击(return stroke, RS)前,负极性下行先导(negative downward leaders,NDL)均表现为明显的分支结构,当先导从较高的云层向地面发展,分支通道发光逐渐变弱,仅先导末端具有明显的亮度。下行负先导的二维平均传播速度为2.90×10^5~7.31×10^5m/s,在下行先导的多级分支中,距离地面较近的分支点对应的分支先导发展速度较快。在其中4次地闪活动中,首次回击前建筑物上方观测到正极性上行先导(upwardleaders,UL),其中1次上行先导在初期阶段产生了分支现象,而另外1次地闪活动中,在同一建筑物上方产生了2个相邻的上行先导,上行先导的平均传播速度为1.78×10^5~8.84×10^5m/s。首次回击后,4次地闪活动中均出现了箭式先导(dartleaders,DL)发展及其引起的后续回击过程,箭式先导的发展速度很快,约为10^6~10^7 m/s量级。

空气间隙击穿后放电通道内的气体运动特性

空气间隙击穿后放电通道内气体的运动关系着间隙绝缘强度的恢复,而绝缘强度的恢复程度对输电线路因间隙放电而跳闸后的重合闸成功与否具有决定性的影响。该文采用高速纹影技术,获得棒-板空气间隙击穿后放电通道演化过程的纹影图像,并基于光流法获得了间隙击穿后放电通道内气体速度场的时空分布。观测结果表明:间隙击穿后放电通道内气体运动的平均速度以“双指数”方式衰减;放电通道在边缘处的射流发展成为湍流的概率较小,同时,射流的发展使放电通道先呈现“由弯变直”的趋势,而后逐渐变得不规则;间隙击穿后的初期,靠近棒电极的放电通道内气体的运动方向呈现相反的趋势,这有助于棒电极附近的放电通道先恢复到放电前的状态。

空气间隙击穿后放电通道内气体密度恢复特性

空气是电力系统最主要的绝缘介质,但目前空气间隙击穿后相关试验结果的匮乏制约了对绝缘恢复过程的认识。为此采用纹影观测技术,对空气间隙击穿后放电通道的气体密度变化进行观测,分析了放电通道的形态变化特性,并基于纹影图像计算了放电通道不同区域气体密度的恢复程度。试验结果表明:间隙击穿后放电通道的形态由弯变直然后逐渐变得不规则;间隙击穿后放电通道不同区域的气体密度恢复速率有所差异,而且棒电极附近区域的气体密度恢复最快;同时基于文中定义的气体密度恢复程度,在该试验条件下间隙击穿后放电通道气体密度的恢复时间约为200 ms。该试验方法和结果可为重合闸时间中放电通道去游离时间研究提供参考。