改进先导传播模型法500kV架空线路雷电绕击分析

用先导传播模型法(leader progression model,LPM)分析架空输电线路的防雷特性的关键在于主要模型参数、先导起始和拦截判据的确定。参考国际上对长间隙放电研究的成果,考察LPM中参数和判据的适用性,提出对LPM的判据改进。并且考虑雷云的背景静电场和线路运行电压的影响,建立改进的先导模型法。经改进的LPM应用于平原和山区地形条件下的500kV架空线雷电绕击分析计算。改进前后的计算结果与运行经验数据的对比分析表明,该改进先导模型法的计算结果与我国500kV架空线路的运行经验数据相吻合。

改进先导模型法交流特高压线路雷电屏蔽性能分析

先导传播模型法已被用于超高压线路雷电屏蔽性能的分析,对特高压交流输电线路,由于其本身的特殊性和高度重要性,先导传播模型法的应用仍值得研究。针对特高压交流输电线路的实际情况,提出进一步改进多分裂导线的先导起始判据,建立特高压交流输电线路绕击性能分析的改进先导传播模型法。考虑晋东南-南阳-荆门1000kV线路走廊所处位置的雷电活动特性,对特高压试验示范工程采用的4种塔型进行了绕击性能分析。考虑到特高压交流输电线路对安全运行的严苛要求,还对特高压输电线路进行了局部屏蔽分析。研究表明,与500kV超高压交流输电线路相比,特高压输电线路的绕击侧距和绕击电流明显变大。按初步设计的特高压交流输电线路在平原地区应不会发生绕击跳闸,拟用于山区的ZBS1和ZBS2型杆塔的线路绕击率最大为0.0012次/(100km·a),满足线路的设计要求。作为对比,拟用于平原的ZMP1和ZMP2型杆塔如用于山区,则绕击跳闸率可达约0.17次/(100km·a)。考虑到实际线路弧垂的影响,同一输电线路不同位置线路段的局部绕击性能也不相同,对于重要和特殊线路段建议进行局部屏蔽性能的复核。

雷电背景下线板间隙的先导起始分析

针对雷电背景下线板间隙中高压单导线表面电场强度分布,建立导线附近的空间电荷分布模型.在电场强度的计算中,同时考虑导线的高运行电压、雷电、导线表面感应电荷、空间电荷以及上行先导茎部电荷的影响.根据空间电荷模型,应用流注-先导转化理论建立先导传播过程的仿真程序,仿真计算导线表面放电过程中电晕区域的空间电荷量,采用基于时间步进的方法仿真连续上行先导的起始过程.采用建立的模型仿真计算不同雷电强度和不同运行电压下的上行先导起始情况,并与已有的先导起始判据进行对比,获得在雷电背景下高压单导线表面先导的起始要易于已有判据的结论.

雷电背景下特高压分裂导线表面先导起始的数值仿真

考虑到雷电背景、特高压线路的多分裂导线结构和高运行电压,建立分析特高压线路分裂导线表面连续上行先导起始的数值仿真模型。模型中同时考虑到流注区域空间电荷以及导线和避雷线表面感应电荷对导线和避雷线周围空间电场分布的影响。仿真中采用模拟电荷法和拉普拉斯法计算子导线和避雷线周围的电场分布,根据计算获得的电场判定关键物理过程的起始和转化。采用该模型对我国特高压试验示范工程中的ZBS2塔型线路进行仿真,并与采用已有模型的仿真结果进行对比,得到模型改进前后预测的特高压分裂导线和避雷线表面连续上行先导起始的不同特点。仿真结果表明:采用改进模型计算时,特高压交流输电线路子导线表面的连续先导的起始迟于已有的先导传播模型的预测结果;在避雷线表面则恰恰相反。这意味着已有先导传播模型对输电线路雷电屏蔽性能的预测是保守的,该研究结果可为超/特高压输电线路的防雷设计提供参考。

面向电网清洁能源“强馈入”状态下的变电设备负荷能力动态评估技术研究

对变电设备负荷能力计算模型进行了研究,基于变电设备热学参数及运行数据、环境数据建立了热路计算模型,并建立了进行实时分析的评估系统,实现了变电设备负荷能力的动态评估。

基于有限体积法的分体式冷却变压器热学三维仿真技术研究

变压器分体冷却系统与常规冷却方式的散热器安装位置与安装方式均有较大的差别。由于分体冷却系统的特殊性，在进行仿真模型研究时参数制定和模型搭建较为复杂，目前对其进行热学仿真的研究开展较少，且仿真准确性难以验证，需要开展更加深入的仿真研究和试验比对工作。本文对经过改造的10kV油浸式变压器进行了3次温升试验，基于模拟试验分别建立了变压器分体冷却系统的三维流一固一热仿真模型，采用有限体积法分别求解出变压器内部温度场，得到分体冷却不同布置位置下绕组热点。通过对比分析可知，在小型油浸式变压器中提高散热器中心高度2m，热点温度降低了8k；散热器与变压器水平距离缩短了3．5m，热点温度降低了4k。最后通过对比实验数据，理论计算和仿真模型的结果，得到了重要数据的相对误差在＋5％以内，验证该仿真模型的准确性和工程实用性。本文准确有效的分析了分体式冷却方式的冷却效率，为分体冷却式变压器的搭建提供了技术支持，为大型油浸式变压器的冷却结构优化、光纤测量热点温度时的定位提供相关依据。

用电负荷管理无线通信系统雷害风险评估

分析了用电负荷管理无线通信系统雷害的可能途径以及周围环境对防雷的影响。采用IEC方法对该系统进行了综合雷害风险评估,评估结果与系统已有运行经验基本吻合。针对天线部分的具体特点,将天线部分作为雷害风险评估重点,并分析了该系统防雷的技术经济性。

基于变压器马尔可夫状态评估模型和熵权模糊评价方法的风险评估技术研究

为建立有效的电力变压器设备风险评估方法,针对变压器故障机理的复杂性和不确定性特征,提出了基于状态检修和马尔可夫过程的变压器全态状态评估模型。利用分指标研究变压器缺陷严重度,结合变压器分部位故障频率计算模型,采用熵权模糊计算量化变压器设备风险等级,构建设备风险评估矩阵,给出了一种新的变压器运行风险评估方法。仿真程序实例计算结果表明,所提方法能够准确计算变压器各组成部分的风险值,并获得针对性的维修策略,变压器风险评估结论是准确、有效的。

多直流接地系统单极运行对沪西特高压变电站直流偏磁的影响

研究了上海周边7条超高压与特高压直流系统中有条或多条线路单极运行时,上海沪西等特高压变电站和上海500 kV电网的直流偏磁情况。电磁仿真计算各交流变电站的地电位分布与中性点偏磁电流,结果表明:多条直流线路单极运行时条线路上的电流不会通过其他线路回流,特高压变电站的直流电流在多条线路同时单极运行时的数值等于单条线路单极运行时的代数和,向家坝—上海、锦屏—苏南、三峡—上海这3条线路单极运行时对沪西变电站的影响大,使特高压变压器中性点偏磁电流超过5 A,约2.4?的变压器中性点串联电阻可较好地抑制沪西特高压变电站的直流偏磁电流。

超/特高压交直流输电线路下方低压配线上的感应电压和电流计算

为保障低压配电线路检修作业安全,有必要研究低压配线在停运检修状态下的感应电压和电流。采用EMTP建模仿真,分别计算了上海地区4个超/特高压交、直流输电工程线路下方平行架设的380 V低压配线上的感应电压、电流,对影响感应的因素进行了分析,并设计研发了低压配电线路感应电压消除装置。仿真结果表明,超/特高压交、直流线路在其下方停运的380 V配线上产生较大的感应电压和电流,感应电压最高可达30~70 k V。试验结果表明,低压配线感应电压消除装置在线路停运时将其两端接地,能有效消除配电线路上的感应电压。

考虑吸收能量估算的金属氧化物避雷器模型准确性分析

为研究金属氧化物避雷器(metal-oxide arrester,MOA)仿真模型在估计残压的同时能否准确估算MOA的吸收能量,该文采用非线性电阻模型和3种常用的MOA动态模型,即IEEE模型、Pinceti模型和Fernandez模型,估算不同用途的MOA限压元件–金属氧化物压敏电阻(metal-oxide varistors,MOV)在8/20μs标准雷电波、30/60μs操作波和波头时间约1μs的陡波冲击电流下的残压和吸收能量,并和试验测量结果对比分析。结果表明,IEEE模型能准确估计低压浪涌保护器用MOV的残压,而Pinceti模型只在8/20μs电流下较准确。估算输配电线路避雷器用MOV的吸收能量时,只有非线性电阻和Fernandez模型在8/20μs电流下有较高的准确性;而估算低压MOV的吸收能量时,非线性电阻模型比动态模型准确。因此可以得出,高、低压MOV的残压预测均可用IEEE模型;估算低压MOV的吸收能量可用非线性电阻模型;而估算高压MOV的吸收能量时,建议对动态模型的两个非线性元件A0和A1的参数做进一步优化和调整。

综合考虑风偏、地形和工作电压的特高压交流线路雷电绕击性能

由于特高压线路本身的特点,雷电绕击是危及特高压输电线路安全可靠运行的主要因素之一,而现有评估输电线路绕击跳闸率的EGM模型难以取得与线路实际运行经验相一致的结果。为确保我国特高压线路安全稳定运行,研究改进特高压架空线路的绕击性能预测模型是当前我国特高压试验示范工程亟待解决的重要课题之一。本文综合考虑国内外已有成果,包括雷电对导线、地线和大地三者击距的差异、风偏影响、地形影响和导线工作电压影响等,提出综合考虑这些因素的改进EGM。应用改进模型,对我国UHVAC试验示范工程初步设计的ZMP2和ZBS2塔型的线路进行了绕击性能分析。仿真结果表明,随着地面倾角的增大,在只考虑导线工作电压峰值和考虑导线工作电压随相位变化这两种情况下,绕击跳闸率差别可达0.16次/100km.a,因此必须考虑雷击时导线工作电压相位的概率分布。随着风速和地面倾角的增大,绕击跳闸率呈加速度增长。杆塔为ZBS2的线路,在所考察范围内不会发生绕击跳闸,而杆塔为ZMP2的线路,只有当地面倾角小于10°时,才能满足特高压线路对绕击跳闸率的要求。

冲击电晕对特高压输电线路绕击耐雷水平的影响分析

基于ATP-EMTP建立了考虑电晕影响的UHVAC输电线路的雷电绕击耐雷水平分析模型。在验证所建模型的合理有效性之后分析了电晕对我国特高压试验示范工程输电线路初步设计的4种杆塔模型线路的耐雷水平的影响。仿真分析表明,冲击电晕对绕击耐雷水平影响很大,而且线路电压等级越高,这种影响越大。对于1000kV特高压线路,考虑电晕影响后线路绕击耐雷水平升高了约40%。此外,还基于杆塔模型为ZMP2的特高压线路,分析了线路工作电压对绕击耐雷水平的影响。在考虑电晕影响的情况下,考虑工作电压时的耐雷水平比不考虑工作电压时低5.3kA;而对于500kV线路,考虑工作电压比不考虑工作电压的耐雷水平只低2.4kA。可见导线工作电压对特高压线路的耐雷水平影响更大。

变电站接地网的暂态分析方法综述

介绍了用于变电站接地网暂态分析的4种方法:电路法、电磁场法、场路结合法和传输线模型法,分析了各方法的基本原理、适用的工程条件、需要解决的问题和发展方向。电路法模型简单,可以兼顾土壤放电的非线性特性以及接地导体之间的相互耦合作用,但仅适用于暂态电流频率为几百kHz以下的情况;电磁场分析法基于天线理论,算法精度较高,但计算量较大,在处理地网参数的时变性方面有困难;场路结合法能够对接地网和地上电网统一建模,降低了计算量,在1MHz的暂态电流频率范围内可以满足工程精度要求;传输线法计算效率较高,在处理干扰传递耦合相关问题方面有很好的前景,但难以确定兼顾时变和频变特性的地网导体参数。

500kV单相变压器空载和负载下的直流偏磁试验研究

介绍了500kV单相变压器空载及模拟带部分负载下的直流偏磁试验方法,分析了一些变压器在直流偏磁下损耗、噪声和振动特点,对电网系统提出的变压器耐受直流偏磁能力要求提出了一些建议。

基于不同放电模型的变压器局部放电光学特性研究

基于建立的真实变压器故障模型模拟变压器内部不同放电类型,同时为捕捉局部放电时的光学效应,建立基于光学传感器的局部放电光局放检测系统。研究中通过外施电压对沿面放电和悬浮放电缺陷模型进行加压产生局部放电信号,研究结果表明：局部放电的光学信号能够有效反应变压器内部局部放电的产生和发展过程。放电图谱中放电点的密集度,可直观评估放电的强烈程度。当放电趋于稳定时,沿面放电点的光学放电信号相位主要分布在60°～150°和240°～330°之间,悬浮放电点相位主要集中在260°～320°之间,根据光局放信号的相位特性,可以明确区分变压器内部的沿面放电和悬浮放电现象,为变压器光局放检测技术的应用奠定了基础。

大型电力变压器直流偏磁试验研究

以实例阐述了单相电力变压器的试验方法,研究了变压器在额定电压情况下发生直流偏磁时,励磁电流、运行噪声和振动等特性的变化。

变电站主电气设备在线监测的研究

阐述了在线监测系统的重要性和优点,指出了在线监测的必要性。分析现代变电站主电气设备在线监测的现状,介绍了变电站中主电气设备实现在线监测的方法,对其中几种监测方法进行比较,并且结合现在的前沿技术应用,指出了变电站主电气设备故障涉及的方面,以及在线监测重点。最后对于在线监测技术的发展方向进行展望。

基于热路解析模型的海底电缆动态温度场计算与短时允许载流量评估

准确计算海底电缆动态温度场和短时允许载流量对保障海缆安全运行具有重要意义。针对现有的解析方法无法精确求解海底电缆动态温度场和短时允许载流量的问题,提出一种最优热路解析模型,将海底电缆的本体和埋设环境进行分层建模,推导出可以计算海底电缆外部环境等效热阻、热容的公式;然后采用热电类比法构建海底电缆本体和埋设环境的热路解析模型,并应用控制变量法确定热路解析模型的最优分层数和最优传热半径。最后,以某500 kV型号的交流海底电缆为例,对所提最优热路解析模型进行分析验证。计算结果表明:该最优热路解析模型具有较好的准确性和高效性;基于该模型对海底电缆的短时允许载流量进行评估,计算发现海底电缆短时允许最大载流量与海底电缆的初始稳态电流和过载时间有关。

在线频响法在判别变压器绕组变形中的应用

提出了在线监测变压器频率响应判断绕组状态所需扫频信号源的施加、响应信号的提取、监测设备的安全等多个问题的解决方法，对一台380V／35000V的变压器进行了模拟的在线频响测试，对于测试结果，利用相关系数和残差平方和在曲线的相似度和幅值两方面进行了分析，同时利用变压器原边并联电容的方法模拟绕组变形的发生，通过电容值的变化，测试在线频率响应法的灵敏度。