盾构隧道衬砌结构偏心破坏转化临界锈蚀率预测

盾构隧道管片中的钢筋锈蚀会对结构的承载性能和破坏形态产生重要影响。一般盾构隧道结构多呈现小偏心受压状态,当钢筋锈蚀发展到一定程度时会出现小偏心向大偏心受力状态的转变,导致结构承载力下降、危及隧道运营安全。基于盾构隧道衬砌结构压弯受荷特点,设计小偏心加载的锈蚀试验柱,等效地模拟隧道衬砌的实际受力状态,分析不同锈蚀程度下试验柱跨中应变、极限承载力及裂缝的全过程演变。随锈蚀程度加重,试验柱承载力、混凝土应变、受压区高度下降速度逐渐加快,最大锈蚀率达到68.32%时,承载力最大降幅达到53.23%。试验发现高锈蚀程度(η≥46.25%)试验柱由小偏心破坏转化为大偏心破坏的现象。基于受弯构件正截面承载力理论分析,提出隧道衬砌结构由小偏心向大偏心破坏转化的临界锈蚀率理论计算方法,通过设计有限元计算流程验证了该方法的正确性。研究结果可为盾构隧道衬砌结构耐久性设计和安全评价提供理论支撑。

基于改进电气几何模型的保山220kV输电线路绕击跳闸率计算

针对传统规程法计算输电线路绕击跳闸率精确度低的问题,采用改进电气几何模型,引入山区地面倾角,通过求出暴露距离,进而根据雷电流概率分布得到绕击跳闸率。对保山电网朝黄Ⅱ回输电线路进行绕击风险评估,分析地面倾角和避雷线保护角对绕击性能的影响。结果表明,采用改进电气几何模型的结果要比规程法的结果更精确,地面倾角和避雷线保护角增大,绕击跳闸率也随之增大。

山区输电线路雷电绕击跳闸率的计算

准确评估山区输电线路的绕击跳闸率对于防雷措施的合理选用起重要作用。基于输电线路位于山脉的典型位置,推导了其绕击跳闸率计算公式,以220 kV双避雷线输电线路为例,计算了输电线路处于山脉不同位置时的最大绕击雷电流和绕击跳闸率随地面倾角的变化,可为山区输电线路雷击防护提供参考。

输电线路雷电绕击率的三维计算方法

绕击率是计算输电线路耐雷水平的重要参数,传统计算方法以导地线平均高度估算线路的绕击率,存在一定的误差,难以反映线路绕击的真实情况。本文对传统方法进行改进,得出基于三维曲面的输电线路雷电绕击率的计算方法。该方法以导线的高度为变量,给出了绕击率随垂直于线路的截面与杆塔间距离的变化规律及计算式,通过将该计算式沿线路档距方向进行积分,得出单个档距三维模型的雷电绕击率计算式。本文的分析基于电气几何模型,但该方法同样可以应用于先导法或其他分析方法,可得到基于不同方法的输电线路三维绕击率计算式。该方法从三维空间角度对输电线路绕击率进行考虑,因此更能反映输电线路的真实雷电绕击率,为提高输电线路耐雷性能评估的精度提供了基础。

考虑雷电入射角后电气几何模型的改进

电气几何模型法是计算输电线路绕击率的有效方法之一。传统的电气几何模型法未考虑雷击入射角方向,直接假定雷击的方向为竖直向下,通过求出电气几何模型中保护弧、暴露弧在水平面上的投影最后得出绕击率。为更接近于实际,假定雷击入射角在一个平面内进行变化,首先在每个特定的雷击入射角下将保护弧、暴露弧分别在垂直于雷击入射角的方向上进行投影,通过计算求出与特定入射角对应情况下的绕击率,再将雷电入射角的概率和某一入射角下对应的绕击率综合考虑,得出考虑雷击入射角概率后绕击率的计算式;并以某平原500 kV交流输电线路为例,计算了雷电流为22 kA,考虑入射角φ(0～π/2)概率后绕击率为9.97%。改进后的计算方法更能反应雷击的实际情况,加强了输电线路屏蔽性能的研究。

利用地形参数计算超高压输电线路绕击跳闸率

目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要原因,而超高压输电线路雷击跳闸主要原因是绕击。基于击距理论的电气几何模型在输电线路绕击性能评估中得到了广泛的应用,该模型认为绕击率与导线高度、地面倾角等因数有关,但是输电线路实际地面倾角的获取非常困难。为此,提出了一种利用Google Earth软件来计算地面倾角的方法。首先根据输电线路杆塔经纬度坐标计算位于垂直于输电线路走廊方向上点的经纬度坐标,通过Path Editor工具调用Google Earth软件获得各点的海拔高度;然后根据各点与杆塔所在位置的高差和距离,计算杆塔地面倾角;最后以某500 kV输电线路为例,利用改进的电气几何模型,研究实际地面倾角下整条输电线路的绕击跳闸率。研究表明:输电线路两侧绕击跳闸率差别较大,建议评估输电线路绕击性能时对输电走廊两侧地形的差异加以考虑;计算结果与实际发生过的雷击情况吻合,为差异化的防雷打下了基础。

特高压交流输电线路绕击耐雷性能仿真分析

准确评估特高压(UHV)线路绕击耐雷性能,对线路设计及施工具有重要参考价值。为此,引入了基于先导发展法的,可精确反映任意剖分区域导、地线弧垂及与大地实际相对高度的特高压输电线路雷电绕击3维剖分模型。为进一步验证该模型的实际应用价值,分析了我国晋东南—荆门1 000kV特高压交流示范线路绕击耐雷性能,及绕击跳闸率随保护角、地面倾角的变化规律。分析结果表明:ZMP2型猫头塔最大绕击跳闸率为0.057 5次/(100km.a),ZBS2型酒杯塔最大绕击跳闸率为0.032 2次/(100km.a),两型杆塔的绕击跳闸率均满足设计要求,工程中可通过适当控制导、地线的弧垂来降低线路的绕击概率;山坡外侧导线更易遭受雷击,线路绕击跳闸率随线路保护角及地面倾角增大而大幅度上升;大电流绕击发生在距线路较远处。

1000kV线路走廊的雷电参数及易闪线段分析

为配合1000kV交流特高压试验示范工程线路防雷设计，采用一种全新的统计方法一线路走廊网格法，按0．2°×0．2°网格从北向南划分该工程线路走廊为#0～#28的连续统计段，用山西、河南和湖北电网雷电定位系统2002～2005年地闪主放电资料，统计研究特高压线路沿线走廊的雷电活动特征，得出了沿线走廊每个统计段的雷电参数（雷电日Td、地闪密度Ng、地面落雷密度γ和雷电流幅值累积概率分布）并用新的雷电参数校核特高压线路绕击闪络率计算值，找出其易受雷击并发生闪络的薄弱线段，即“易闪段”，供该示范工程设计和运行参考。

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。

改进电气几何模型对输电线路绕击率的计算及典型故障分析

提出了改进的电气几何模型,成功地解释了用原EGM法难以解释的现场事故原因。应用改进的电气几何模型分析了输电线路杆塔结构、避雷线和导线的布置、雷电流的幅值、地面倾角对绕击率的影响。结果表明,在地形复杂的山区,大电流也能对线路造成绕击。

输电线路雷电屏蔽模拟试验影响因素

为研究影响输电线路雷电屏蔽性能的因素,选取500 kV交流输电线路为对象,针对电极沿档距方向放置位置、雷电先导入射角、线路保护角、地面倾斜角、冲击电压类型和模型比例等诸多因素开展了试验研究。近十万次放电试验表明,绕击概率随电极倾斜角度和线路保护角增大而增大、随地面倾斜角增大而先增大后减小。观测到了主放电击中导线(避雷线)的同时,也观测到避雷线(导线)上竞争失利的残余迎面流注,并绘制了1:80、1:40和1:25这3种缩比模型分别在标准雷电冲击(-1.2μs/50μs)和标准操作冲击(-250μs/2 500μs)下的绕击空间分布图。最后结合定量计算,建议将电极放置于能够反映线路平均绕击概率的区域,并采用标准雷电波进行小尺寸雷电屏蔽模拟试验,为今后更深入进行特高压线路防雷性能试验研究提供了参考。

风速对500kV同杆双回线路绕击耐雷的影响

在分析 5 0 0 k V同杆双回输电线路绕击耐雷性能时考虑风速的影响后改进了击距法 。

220/110kV同杆四回线路耐雷性能的研究

计算了深圳鹏城-新田双回220kV输电线路中3段220/110kV同杆并架四回线路的雷电绕击跳闸率和雷电反击跳闸率,分析了减小避雷线保护角、采用不平衡绝缘和安装线路型避雷器等措施对雷电反击跳闸率的影响。提出了减小避雷线保护角至0°、降低杆塔冲击接地电阻至10Ω、在一回110kV线路上增强绝缘、在另一回110kV线路上安装绝缘子并联间隙以及在高土壤电阻率地区或雷电易击处的一回110kV线路上装设线路避雷器等降低雷电反击跳闸率的措施。

工频电压对输电线路雷击跳闸率的影响

为研究工频电压对输电线路反击跳闸率和绕击跳闸率产生的影响,验证目前的试验结果,从工频叠加影响机理、蒙特卡罗法实例计算两个方面进行了计算和分析。结果显示,工频叠加影响机理分析和蒙特卡罗法实例计算的结论一致:工频电压主要提高了输电线路的反击跳闸率,而对绕击跳闸率影响不大。

计算输电线路绕击跳闸率的新模型

为了能够更精确地计算输电线路的绕击跳闸率,将电磁暂态程序EMTP与蒙特卡罗法相结合,提出了一种新的计算输电线路绕击跳闸率的模型.该模型既能充分计及影响输电线路绕击跳闸的各种随机因素,又具有电磁暂态程序对过电压计算准确的优点,从而提高了计算绕击跳闸率的准确性.仿真计算结果表明,利用该模型所得到的绕击跳闸率与实际值的相对误差在10%以内.因此,该模型较规程法能更好地反映输电线路绕击跳闸的实际情况.

输电线路防雷性能评估中的复杂地形地区模型

山区地形复杂,土壤电阻率高,输电线路防雷形势尤为严峻。传统的评估方法没有深入考察局部地形的影响,仅仅区分山区与平原,往往导致评估与运行结果出入较大,为此,提出输电线路防雷性能评估应该充分考虑局部地形对防雷性能的影响。基于大量现场调研的结果,结合输电线路的高程图及导线与地面之间的相对位置,对山区架设的输电线路的局部地形进行分析,总结出8种山区局部地形,通过分析地形对雷击过程的影响,归纳出3种雷击跳闸严重的基本地形,其他的局部地形可以根据这3种基本地形得到。提出采用加权法计算山区输电线路的雷击跳闸率,评估其防雷性能。采取基本地形与局部地形的两次加权的方法计算绕击跳闸率。计算结果证明了该方法在计算地形复杂地区输电线路的防雷性能方面的科学性与有效性。

重庆地区自渝500kV输电线路的防雷性能

鉴于 5 0 0kV线路的重要性 ,以重庆地区 5 0 0kV自渝输电线路为例 ,针对其特殊的地形、地貌 ,用规程法计算线路的雷击跳闸率 (包括反击和绕击 )、行波法计算线路的反击跳闸率、击距法计算线路的绕击跳闸率 ,分析影响雷击跳闸率的主要因素 ,比较计算结果 ,找出绝缘薄弱点、雷电易击段 ,并提出相应的改进措施。计算结果表明 :雷电流陡度对反击跳闸率的影响很大 ,雷电流陡度越大 ,反击跳闸率越高 ;规程法计算反击还比较接近实际运行经验 ,计算绕击则存在明显缺陷 ;击距法 (EGM)计算绕击跳闸率考虑的因素比较全面 ,评估避雷线对导线的屏蔽性能与实际更接近。

基于先导发展模型的输电线路绕击跳闸率计算

雷电绕击是影响电力系统安全稳定运行的关键因素之一,现有输电线路雷电绕击分析模型对先导起始和发展过程的描述较为简化。为此,根据正极性上行先导起始和发展机理,提出了用于单根导线和分裂导线的上行先导起始判据,并提出了1种考虑背景电位变化贡献的流注空间电荷计算方法,在此基础上建立了绕击跳闸率计算模型和自适应算法,最后对我国典型的500 kV线路的绕击特性开展了仿真研究。计算结果表明,低电压等级时该模型得到的先导起始时刻与Rizk判据和临界半径判据基本一致,500 kV输电线路绕击跳闸率平原地区为0.012次/(100 km·a),山地地区为0.211次/(100 km·a),与我国运行经验相符。绕击跳闸率自适应算法与原有方法相比,在同样精度下所需计算时间更短。

1000kV/500kV同塔混压4回输电线路的防雷性能

在线路走廊比较紧张的东部地区,特高压电网考虑架设同塔混压多回输电线路,特高压同塔混压多回输电线路相比常规线路在防雷性能上有没有其自身的特点,这是目前期待解决的问题。针对这一问题,利用电磁暂态程序(PSCAD/EMTDC)和改进的电气几何模型(EGM)计算了1000 kV/500 kV同塔混压4回输电线路的反、绕击跳闸率,分析了避雷线保护角θs、1000 kV线路底层横担和500 kV线路顶层横担之间距离H及500 kV线路顶层横担宽度l对线路绕击跳闸率的影响,比较了1000 kV/500 kV同塔混压4回输电线路和其他电压等级同塔混压线路的防雷性能。结果表明,线路的反击跳闸率较低,但存在500 kV双回反击跳闸的可能性。线路的绕击跳闸率高于其他电压等级的同塔混压线路,1000 kV绕击跳闸率随着θs和H的增加而增大,随着l的增加而减小。500kV绕击跳闸率不受θs的影响,随着H的增加而先减小后增大,随着l的增加而增大。线路整体绕击跳闸率随着θs、H和l的增加而增大。为了减小线路的绕击跳闸率,可减小θs和H,在19.06～25.06 m范围内适当增加l。

高压输电线路绕击跳闸率的研究

基于改进电气几何模型并充分考虑了雷击避雷线与大地的不同,引入击距系数。提出了利用暴露距离计算线路绕击跳闸率,以500 kV输电线路为例,采用该方法计算绕击跳闸率比规程法计算更准确。并且结合实例研究分析了输电线路避雷线保护角和导线高度、地面倾角、线路绝缘强度对绕击跳闸率的影响。结果表明绕击跳闸率与保护角、地面倾角、杆塔高度有关,随着保护角、地面倾角、杆塔高度的增加而增加,当避雷线保护角为-6.24°时,绕击闪络率从0.213 5(100 km·a)-1降到0。