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。

基于先导传播模型的高速铁路接触网引雷特性

高速铁路高架结构使得接触网对地高度增加,更易遭受雷击,针对高速铁路的特殊性进行引雷特性研究十分必要。通过建立高速铁路接触网的先导通道传播模型,计算了直击雷和感应雷的引雷范围,研究了雷电流幅值和高架桥高度对引雷范围的影响;并分析了雷电流幅值和高架桥高度对直击雷分布概率的影响。结果表明:高架桥高度为10 m时,当雷电流幅值从4 k A到200 k A变化时,直击雷引雷范围从48.46 m变化到202.96 m,而只有当雷电流达到73.93 k A时,才会出现感应雷并且引雷范围随之增大;雷电流幅值一定时,随着高架桥高度从0增加到18 m时,直击雷引雷范围线性增加,出现有效感应雷的临界电流值增大,引雷范围减小。所以在平地上或高架桥高度较小时不能忽略感应雷的存在。

空中人工引发雷电的正负先导特征研究

通过对 1998年 8月 2 2日空中引发雷电先导过程的光、电观测资料的综合分析发现 ,在空中引发雷电的先导系统中存在三个先导过程。①向下发展的负先导在起始阶段呈小阶梯特征 ,阶梯之间的时间间隔约为 2 0 μs ,阶梯的上升时间小于 1μs,随着负先导的下行发展 ,梯级增长。②金属导线上端向上发展的正先导在负先导接地之后 ,表现出明显的阶梯特性 ,阶梯之间的时间间隔平均为 15 μs。③从地面向上发展的连接正先导由多个振荡脉冲组成 ,脉冲之间的时间间隔约为 13μs,连接先导的发展也是梯级的。电场快变化中的高频分量随着距离的增加衰减很快。最强的发光是由向下的负先导接地时形成的小回击产生的 ,强光只集中在空气离化而形成的放电通道部分 ,光强则随着高度的增加很快衰减 ,其传播速度约为 2 .1× 10 8m·s-1。在小回击发生之前 ,向下发展的负先导在接地之前有较强的发光 ,而金属导线上端向上发展的正先导没有明显的发光。在小回击发生之后 ,金属导线上端向上正先导的发光强度被增强 ,其向上的传播速度约为 2 .4× 10 6m·s-1。金属导线部分在小回击发生之后约 2 2 0μs逐渐开始熔化发出强光 ,并向上发展而与前面向上发展的正先导的发光相并合 ,其传播速度约为 1× 10

随机性与电环境特征对地闪击地点影响的数值模拟

本文利用已有的随机放电参数化方案,结合四次探空资料,进行了12.5m的高分辨率二维雷暴云数值模拟实验,得到了各种雷暴云电荷结构下的地闪个例,并就地闪击地点与空间电荷、电位分布之间的相互关系进行了分析.结果表明:(1)由空间电荷唯一确定的电位分布决定了先导的传播最大趋势,而闪电传播的随机性所带来的地闪击地点的不确定范围被限制在3km之内,利用动态聚类法迭代得出的三个击地点位置之间的差为1km左右.(2)负地闪的初始点与击地点的位置差主要分布在0～6km范围内,且93%的负地闪分布在0～4km范围内,正地闪的分布相对较广,0～3km范围内占48%,3～6km范围内占34%,6～10km范围内占18%.(3)正、负地闪主要产生于离地面最近的一对电荷堆之间,其起始高度越高,初始点与击地点位置差分布越广;另外,产生于三级性雷暴云电荷结构下的正地闪,其起始于上部的主正电荷堆与中部主负电荷堆之间,由于下行正先导会绕过底部的次正电荷堆,因此其击地点与初始点的距离基本在6km以上.

特高压线路雷电绕击跳闸率计算比较分析

目前电气几何模型(EGM)计算方法是计算线路绕击跳闸率的主要方法。国内外也有多个单位研究使用先导传播模型(LPM)计算特高压线路雷电绕击跳闸率。虽然同为LPM,但是所采用的相关参数和判据不同,所得的计算结果差异很大。LPM有其先进性和发展前景,但是目前尚不成熟,尚需进行大量的研究工作才能较好地应用于工程。在我国特高压线路防雷设计中,可以EGM计算结果为主要依据,以LPM计算结果为参考。无论是用EGM计算,还是用LPM计算,目前设计的我国特高压线路导线绕击跳闸率均较低,是可以满足防雷要求的。平原地区,使用猫头塔,地线保护角小于5°。山区,使用酒杯塔,地线保护角小于-5°。为了限制进线段最大绕击电流,变电所进线段(2km)采用负保护角(α≤-5°)的酒杯塔,并加装第3根地线。

人工触发闪电实验中初始电流脉冲辐射磁场的观测与模拟

为了进一步了解人工引雷初始阶段正先导的电磁辐射特征,利用2014年夏季山东人工触发闪电实验中的5次实验数据分析了磁场脉冲序列的特征,并利用基于Heidler函数模拟结果作为输入电流的传输线模式对单个磁场脉冲进行了模拟。磁场脉冲可根据幅值和半峰值宽度的明显差异分成两种类型,即脉冲型脉冲和波纹型脉冲;两类脉冲的脉冲间隔相当,表明其产生机制一致。由于波纹型脉冲对应的电流脉冲在通道底部的电流测量中较难识别,因此本文仅模拟脉冲型脉冲,结果表明其是由先导电流脉冲沿着钢丝通道向下传输时辐射产生;利用模拟结果对不同磁场分量(即感应场与辐射场)的研究发现,在火箭发展高度为152 m的情况下,当观测距离为200 m时感应场与辐射场分量相当,当观测距离<40 m时,感应场对总磁场峰值的贡献超过80%,当观测距离>500 m时,辐射场对总磁场峰值的贡献>80%。

计及设备运行电压的特高压换流站直击雷防护设计方法

随着输电电压等级的提高,现有的避雷针保护范围计算方法逐渐显现出局限性,在对避雷针(线)保护理论分析的基础上,结合电气几何模型和先导传播模型,提出一种新型特高压换流站(变电站)的直击雷防护设计方法,该方法结合特高压换流站(变电站)内的设备避雷器设置情况,计算出设备所能承受的最大雷击电流,同时计及各个设备的高度和运行电压,并据此分别计算避雷针和被保护设备的击距。采用该方法对换流站进行直击雷防护设计,既能防护大的雷电流绕击到设备上,也能确保发生小雷电流绕击过电压在设备绝缘承受范围之内。同时,该方法可以降低避雷针的平均高度,减小避雷针的雷击率,有利于防护雷电造成的特高压换流站(变电站)的电磁干扰。

云广±800kV直流输电线路雷电绕击特性研究

基于下行雷闪发展的物理过程,采用模拟电荷法,建立了计及工作电压的直流输电线路雷屏蔽性能仿真模型。应用该模型分析了云广特高压直流输电线路ZV2型杆塔的绕击特性。

避雷针保护范围及其物理模型

简要介绍避雷针保护范围的滚球理论和新近发展起来的,考虑了以上行先导起始和上行、下行先导相对运动的雷击物理模型——先导传播模型(LPM)。将两种模型关于避雷针保护范围进行比较,并从物理本质上阐述其原因。

雷暴云内电荷水平分布形式对闪电放电的影响

为了定量探究雷暴云内电荷水平分布形式对闪电类型和先导传播行为的影响,建立了典型雷暴云电荷结构模型,引入控制电荷水平分布的参数,利用改进的随机放电参数化方案,开展二维高分辨率模拟试验。结果表明:主正电荷区电荷水平分布不均匀且向中心聚集时,产生的闪电类型多为正地闪和正极性云闪,随着电荷水平分布趋于均匀,闪电类型转变为负地闪;主负电荷区电荷水平分布趋于均匀时,闪电类型由负地闪向正极性云闪再向正地闪转变;闪电先导传播特征有较大差异,电荷分布密集不均匀时,先导被束缚在电荷高密度中心,主要在电荷区内发展,当电荷分布单一均匀时,先导能穿出电荷区并水平延伸十几至二十多千米。分析两个电荷区之间的电位分布发现,电荷区电荷水平分布趋于均匀时,位势线向电荷密度中心集中,整个位势阱水平延展,闪电触发点的初始电位值有较大差异,有利于闪电类型和先导传播行为的改变。