隧道牵引分区所雷击暂态特性及其二次设备电磁兼容研究

牵引供电系统遭受雷击会在分区所内产生过电压与过电流,对分区所开关柜中二次设备产生瞬态电磁干扰,影响其正常运行。文中针对电气化铁路隧道分区所,建立雷击暂态仿真模型,计算了接触网不同位置遭受雷击时分区所的过电压与过电流,建立了27.5 kV开关柜的电磁场有限元仿真模型,分析开关柜中不同区域的瞬态电场、磁场分布。结果表明:雷击接触网会在分区所内产生幅值较大、频率较高的过电压与过电流,在其作用下开关柜低压室瞬态电场可达147.2 V/m、瞬态磁场可达1.3 kA/m,断路器室前壁处瞬态电场可达822.9 kV/m、瞬态磁场可达15.85 kA/m,超过标准规定的幅值,二次设备需要考虑相应的电磁屏蔽措施。论文结果对牵引供电系统雷击过电压/电流防护以及二次设备电磁兼容设计具有参考价值。

基于ATP-EMTP的风电机组雷击暂态特性与防雷研究

基于ATP-EMTP(Alternative Transients Program-Electromagnetic Transients Program)电磁暂态软件,对风电机组的雷击暂态特性进行了研究,并提出了相应的防雷措施选择。具体操作步骤:首先通过建立风电机组模型,模拟了雷击过程中的暂态电流和电压变化;其次对风电机组的雷击暂态特性进行了深入研究,包括桨叶、塔筒、接地系统雷击暂态特性等;最后结合实际情况和仿真结果,分别针对风电机组组成制定具体的防雷措施。

特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析

针对实际工程中特高压直流输电线路雷击事件,采用电磁暂态仿真软件PSCAD/EMTDC实现雷击特高压线路的小步长仿真,解决了目前仿真方法未能与保护分析工作相适应的问题。主要分析了发生非故障性绕击、故障性绕击以及反击时保护安装处电压、电流的暂态过程,描述各电气暂态量在雷击极与非雷击极的主要特征及区别。结合实际行波保护模型的动作情况,对比非故障性绕击、故障性绕击以及反击下d U/dt判据、DU判据、DI判据在雷击极与非雷击极的响应结果,梳理雷击特高压直流输电线路行波保护判据的响应特性,指出在故障性绕击、反击场景下非雷击极行波保护误动情况是由于线路耦合导致在雷电流波头上升阶段出现非雷击极保护的DU、DI判据满足整定值造成的。最后给出了提高特高压直流系统行波保护雷击可靠性的优化思路。

110kV输电杆塔的多波阻抗建模与雷击暂态响应分析

为准确分析输电杆塔的雷击暂态响应,精确建立杆塔的波阻抗模型显得尤为重要。通过双锥天线原理,建立垂直单根圆柱导体的波阻抗公式;考虑实际杆塔的倾斜因素和修正系数,利用ANSYS Maxwell进行三维电磁场仿真,建立主架、斜材的波阻抗修正系数与分段长度、等效半径、主架上/下间距的关系,并推导出主架、斜材的波阻抗计算公式。为反映雷电波在呼高部分的传播过程,将呼高部分细分为5段并完成建模。针对典型的110 kV同塔双回输电杆塔,利用ATP-EMTP暂态仿真软件进行建模分析,结果表明精细化建模进一步凸显了雷电波在杆塔中的折反射过程,与Hara无损线塔模型相比,杆塔电位波形变化基本一致,横担电位上升速度减慢,提前到达峰值且峰值降低,C相横担峰值相差9.6%,峰值时间超前了0.023μs,反映出了呼高部分的波过程以及对整个雷击暂态响应过程的影响。

±500kV同塔双回直流线路雷击暂态特性及行波保护响应

直流线路的雷击暂态过程是影响其行波保护动作性能的重要因素之一,对此研究了同塔双回直流线路雷击暂态特征及其对行波保护的影响特点。首先,对不同雷击情况下的同塔双回直流线路雷击暂态特性进行了仿真分析,发现相较于下层极线雷击,双回上层极线雷击对线路电气量的影响较大。其次,根据SIEMENS行波保护的雷击响应特性,分析认为非故障性绕击时,对于雷击极线上层极线绕击误动风险大于下层极线绕击;由于双回极线间的耦合影响,雷电流时间越长、闪络时间越晚时,非雷击极线的误动风险越高。最后,根据电压和电流变化量的响应特性,提出了一种减少双回直流极线雷击误动的改进方案,并通过算例验证了该方案的有效性。

基于瞬态电场响应的架空线路雷击暂态过电压监测方法

常规的架空线路雷击暂态过电压监测方法主要使用单/双端弧垂校正定位法提取暂态过电压特征,易受雷电流分量叠加影响,导致监测的雷击暂态过电压上下限频率偏差过高。利用瞬态电场响应分析了线路暂态过电压监测特征,设计了架空线路雷击暂态过电压监测装置,实现了架空线路暂态过电压监测。

输电线路雷击暂态过程的模拟实验研究和数值模型验证

本文在实验室搭建了缩比输电线路雷击暂态过程的模拟实验平台,考虑线路反击和绕击两种工况,实测获得不同工况下塔顶入射电流、导线电压、横担电压和绝缘子串电压。同时,本文基于时域有限差分法(FDTD),建立了输电线路的雷击暂态电磁过程三维数值仿真模型,并基于模拟实验的详细布置,计算分析了缩比输电线路的冲击响应特性。对比仿真结果与实测结果发现,两者吻合度较高,且幅值最大误差不超过15%。本文的研究工作表明,FDTD模型适用于雷击输电线路暂态电磁过程的准确分析,为进一步推广FDTD模型应用奠定了基础。

基于暂态接地电阻建模的输电线路雷击响应研究

通过仿真建模是研究输电线路雷击响应的重要方法,该文提出一种暂态接地电阻建模方法,进而研究输电线路雷击响应。首先基于土壤物性测试平台,测量典型土壤临界击穿场强;建立考虑土壤电离非线性过程的接地装置有限元计算模型,获取冲击下接地装置U-I曲线,基于粒子群算法识别出暂态接地电阻公式,在ATP-EMTP软件中利用MODEL模块编程实现暂态接地电阻模型,并结合多波阻抗模型建立输电系统整体仿真。以110k V输电线路冲击试验为建模案例,进行建模方法的验证与分析;最后,基于该模型研究了不同接地装置和土壤临界击穿场强下的输电线路雷击响应特性。结果表明:1)基于暂态接地电阻模型的输电线路雷击响应计算最大误差为3.7%,仿真精度较工频接地电阻和冲击接地电阻模型均有明显提升;2)相同占地面积的不同接地装置类型对杆塔塔顶及塔脚雷击电压峰值和塔顶波前有明显影响,而土壤临界击穿场强对塔顶电压峰值和波前时间影响较小而对塔脚电压峰值影响明显。

特高压直流输电线路雷击暂态响应监测技术研究

我国大力发展输电线路规模,其中特高压输电线路比例显著增加,线路的雷击事故也随着增加。笔者开展雷击暂态响应监测技术研究,提出了较为精确的故障定位技术和故障识别技术,通过理论分析对测量结果进行修正;研发了雷击暂态响应监测系统,通过理论分析得出监测终端的安装距离;通过现场示范应用,结合人工巡检等手段进行校验,对该监测系统的故障精确定位误差和故障识别能力进行了论证,为进一步深入研究输电线路雷击机理和针对性反措奠定基础。

输电线路杆塔与接地装置的雷击暂态响应建模分析

为准确分析输电杆塔的雷击暂态响应,以及雷电波在杆塔、线路中的折反射波过程,建立整体的分析模型显得尤为重要。针对典型110 k V输电线路,搭建了输电线路、输电杆塔以及接地装置的一体化暂态分析模型,将输电杆塔进行分块建模,建立其多波阻抗模型;考虑典型接地装置的电感效应与火花效应,建立其暂态电路分析模型;考虑绝缘子、输电线路、避雷线的影响,最终结合EMTP软件进行雷击暂态响应分析。结果表明考虑电感效应以及火花效应后的电路模型,可模拟接地装置的冲击特性;输电杆塔横担电位峰值随高度的降低而减小;杆塔与接地装置的阻抗不匹配、避雷线与杆塔的阻抗不匹配,导致横担、塔顶电位带有较大程度的振荡;雷电波的反射时长与输电线路跨距相关。

考虑接地极时变电阻特性的输电线路雷击暂态响应研究

杆塔接地极的准确建模对研究输电线路的雷击暂态响应是至关重要的。为此,本研究提出一种考虑接地极时变电阻特性的输电线路模型。首先采用有限元法(FEM)求解了输电线路雷击下杆塔接地极的接地电阻,基于PSO法,推导了杆塔接地极时变电阻的迭代公式,利用ATP-EMTP中MODEL模块搭建时变电阻Rg(t),然后建立考虑接地极时变电阻特性的输电线路模型,随后分析了基于时变电阻和定值电阻的输电线路模型雷击暂态响应。结果表明:相较于定值电阻的输电线路模型,时变电阻模型对输电线路雷击暂态响应有较大影响。由于时变电阻Rg(t)考虑了雷电流地中散流和土壤电离过程,其反应的结果更加可靠,在一定程度上提高了输电线路雷击暂态响应仿真的精准度。

海洋环境对海上风场接地系统雷击暂态特性影响研究

海上风力发电产业的蓬勃发展面临日益严重的雷电灾害威胁,为有效指导海上风电机组的雷电防护研究,需要研究海洋环境对海上风场接地系统雷击特性的影响。利用PSCAD软件搭建简化海上风场模型,讨论海洋土壤分层环境下上层海水深度和下层土壤电阻率对风机接地系统雷击暂态响应的影响,分析增加接地体长度对于降低暂态过电压的效果。仿真结果表明:风机遭受雷击后,浪涌会传播至其他相连风机,距离雷击点越远的风机,塔底暂态电位幅值越低。下层海床土壤电阻率越大,风机塔底暂态电位幅值越高。上层海水深度越大,风机塔底暂态电位幅值越小。上层海水电阻率固定时,风机塔底暂态电位随着土壤反射系数的增大而增加。随着接地体长度的增加,风机塔底暂态电位逐渐降低,但降低趋势趋缓,且受下层海床土壤电阻率的影响增大。

直流线路诊断中雷击暂态全响应监测实践

由于传统方法特征辨识度不高,且无法有效提高实时监测能力,为此提出了直流线路诊断中雷击暂态全响应监测方法。构建暂态全响应信号检测模型,结合自相关匹配滤波器检测方法对雷击暂态特征进行分解和抗干扰设计,并在特征分解后提取特征分量,建立静止无功补偿控制模型,通过正交调制和多径特征分解的方法实现了对直流线路诊断中雷击暂态全响应检测。仿真结果表明,采用该方法输出稳定性较高,抗干扰能力较强,对线路故障的准确检测概率较高。

风电机组叶片雷击风险分布特征分析

随着风电产业的快速发展,风电机组的安全性和可靠性日益受到关注。雷击是风电机组运行过程中常见的自然灾害。阐述了几点防护建议,包括采用高抗雷性材料、优化叶片形状及使用有效的防雷涂层,介绍了几种雷击风险检测方法,通过建立风电机组模型、分析雷击暂态效应、采集与验证实地数据的研究方法,分析了风电机组叶片雷击风险分布特征,以期深入研究风电机组叶片雷击风险的分布特征。

基于分布式监测的高压输电线路雷击故障定位技术发展现状及展望

雷击一直是引发高压输电线路故障的重要因素,快速精准的雷击故障点定位可有效减少雷击对电网安全稳定运行的破坏,对实现智能电网稳定运行与优化控制至关重要。本文基于国内外的研究成果,综述了现阶段高压输电线路雷电流监测与故障定位,归纳总结了3种雷电流函数模型和行波测距的故障定位方法,并讨论了分布式雷电流监测系统在我国各地实际工程中的应用,立足国内外研究进展,展望了高压输电线路分布式监测与故障定位的发展趋势。

某35kV变电站输电线路雷击机理分析及防护研究

通过对江西某区域性变电站35kV侧架空输电线路频繁遭受雷击事故原因进行分析,结合国家相关规程及实地勘测情况,研究发现该变电站存在进线段保护不到位、变压器与线路之间的绝缘不配合、站用变防雷措施不完善等多种问题,建议应该对线路易击段杆塔进行局部冲击优化、进线段加装过电压可调式保护间隙、完善站用变防雷措施。并提出在站用变两侧分别加装扼流线圈与外加电容以此降低雷电波侵入变电站内部时的陡度,减少站用变雷击暂态过电压,提高供电可靠性。应用ATP-EMTP仿真软件分析站用变两侧分别加装扼流线圈和外加电容这种方法的可行性。结果表明,上述方法对于雷击过电压的削弱效果显著,且简便易行,对于同类变电站及输变电设备保护有一定的借鉴作用。

考虑盐雾环境的雷击海上风机暂态过程数值模拟

海上风电场长期运行于潮湿、高盐环境,研究盐雾环境对雷击海上风机暂态过程的影响,有助于准确分析其雷击暂态效应。首先建立了考虑空气湿度和高盐雾环境的空气介质模型,分析了该模型主要对桨叶和塔筒波阻抗产生影响。再综合考虑盐雾环境、雷电通道、旋转叶片姿态、主轴电容等特性对暂态过程的影响,并将多节组合空心塔体离散化处理,建立了新型一体化波阻抗模型;利用ATP-EMTP对该模型雷击暂态响应进行仿真分析,得到了盐雾及其他因素对雷电暂态过电压的影响规律。仿真结果表明,盐雾环境会对风机的暂态过电压幅值产生影响,盐雾含量增加会导致地电位升高;由于对雷电通道特性参数的考虑,过电压峰值时刻会稍滞后于雷电流最大陡度时间;而该模型对塔体的模拟能合理地描述塔体内部雷电流竖直与水平分量的折反射情况。

基于时域有限差分法的双回路直线转角塔雷电冲击响应特性研究

基于时域有限差分法分析了雷击双回路直线转角塔时杆塔电压的分布特点,研究了土壤电阻率和呼高对杆塔雷电冲击响应特性的影响,同时与基于多波阻抗模型的杆塔雷击响应计算结果进行对比分析。结果表明,雷击塔顶时,相同高度处横担宽度越大,过电压越严重,越容易闪络;横担过电压随着土壤电阻率的增加而增大,随着横担高度的增加,所受影响逐渐减少;横担过电压随着呼高的增加而增大,且不同高度横担所受的影响几乎一致;基于多波阻抗模型计算得到的横担电压大于数值仿真计算结果,故采用多波阻抗模型将使防雷分析结果偏严苛。

配电线路直埋式水泥杆雷电冲击暂态接地特性

安全性评估在架空线路建设过程中是不可或缺的,而跨步电压作为安全性指标显得尤为重要。为此研究了配电线路直埋式水泥杆遭受雷击时的暂态接地特性:首先通过ATP-EMTP电磁暂态软件搭建配电线路仿真计算模型,计算不同幅值的雷电流雷击杆塔时的入地电流;其次结合两种跨步电压安全限值判据,通过CDEGS软件搭建接地仿真计算模型,计算不同入地电流及土壤电阻率情况下配电杆塔周围的跨步电压及安全距离,得到如下变化规律:1)杆塔附近跨步电压随雷电流增大而增大,且在不同土壤电阻率下增加的程度不同。2)雷电流较小的情况下,土壤电阻率对跨步电压影响不大。3)土壤电阻率对跨步电压的影响呈现饱和趋势,当土壤电阻率增大到一定程度时,跨步电压基本维持在某个定值。

35 kV输电线路雷击特性及防雷措施研究

35 kV输电线路因绝缘水平低,雷击电磁暂态特性与高电压等级输电线路有较大区别;线路防雷技术人员根据高电压等级线路避雷器的使用方法开展35 kV线路防雷,导致了避雷器频繁爆炸的问题。利用电磁暂态分析软件ATP-EMTP,对35 kV线路雷击特性进行了分析,提出了35 kV线路避雷器应多基杆塔多相导线同时安装的原则;通过对不同雷电流作用下线路避雷器能量吸收情况进行分析,说明了线路避雷器频繁爆炸的原因,提出了解决现有35 kV线路防雷问题的可行方案。