基于改进Agrawal模型和FDTD法的感应雷过电压算法

为了计算架空配电线路雷电感应过电压,利用Nucci提出的雷电回击通道模型(MTLE模型),计算雷电回击电流产生的空间电磁场,采用Cooray-Rubinstein公式计算大地电导率影响的水平电场分量,并改进Agrawal场线耦合模型,建立架空配电线路雷电感应过电压方程,基于时域有限差分(FDTD)法,计算10 kV架空线路的雷电感应过电压数值。结果表明,大地电导率对计算结果影响较大,大地电导率使线路上的感应电压幅值降低接近20 kV;不同回击传播速率也影响感应雷过电压的数值。定量计算雷电感应过电压,需要分析各种因素对计算感应雷击过电压的影响,完善计算方法,保障计算准确性,使理论与计算方法适用于实际的配电线路防雷设计,提供有价值的参考依据。

全向电磁场与架空线缆的耦合响应分析

构建了全向入射电磁环境,使得入射电磁波极化角在[0,π/2]范围内,入射角在[0,2π]范围内,方位角在[0,π/2]范围内随机均匀分布,电磁波入射点随机分布在以线缆为球心的单位球上。重点研究了Agrawal模型和Vance模型在解决场线耦合问题时的异同,分析了线缆高度、长度、半径以及端接电阻等参数对场线耦合结果的影响。仿真结果表明:Agrawal模型和Vance模型对全向电磁波的响应波形大体一致,但在响应幅值上会出现一定的偏差,这主要是由于Agrawal模型中因垂直电场的存在而产生的集总源的缘故,当忽略掉集总源后,两个模型可获得相同的响应结果。线缆上响应电流随着线缆离地高度、长度和半径的增加而增大。不同端接电阻响应电流的峰值大小随着端接负载的增大而减小。

配电线路感应雷过电压计算

为了提高配电线路的安全可靠性并对线路防雷设计提供有价值的参考依据,基于调整的传输线模型,计算了雷电回击电流产生的空间电磁场,借助Cooray-Rubinstein公式计算了在考虑大地土壤损耗的前提下的水平电场分量。用Agrawal场线耦合模型和时域有限差分(FDTD)法对10 kV配电线路由于附近雷击引起的线上感应电压进行了计算,其中在传输线阻抗计算中考虑了大地电导率。通过与文献计算结果对比,验证了计算方法的有效性。针对一条实际架空配电线路,分别计算了三角形布线和列式布线两种线路结构的感应雷过电压,分析了地面损耗以及其他导线的存在对线路感应雷过电压幅值和波形的影响。结果表明该理论与计算方法可以用于实际的配电线路防雷设计。

电气化铁路接触网雷电感应过电压计算及其闪络概率研究

我国电气化铁路牵引网额定工作电压为27.5 kV,其绝缘水平与电力系统35 kV配网架空线路相当,因此对其开展雷害研究必须考虑雷电感应过电压。在建立接触网架空线路、钢轨和接触网支柱模型的基础上,基于Agrawal场线耦合模型对接触网线路的雷电感应过电压进行了仿真研究,并结合电气几何模型对接触网感应雷击闪络概率进行了计算。

架空线路感应电压的计算与分析

架空线路受外界电磁脉冲的作用,会产生感应电压。为研究这个问题,本文选择修正传输线模型作为雷电通道回击模型,得出雷击大地情况下的感应电磁场,并计算了考虑大地损耗的水平电场分量。用Agrawal场线耦合模型和时域有限差分法(FDTD)计算了雷击线路附近引起的线上感应电压情况,将计算结果与相关文献进行对比,结果一致,验证了本文方法的正确性。最后,分析了不同端接负载对线路感应电压的影响,得出了感应电压在不同端接负载时的变化规律和特点,为分析实际工程情况提供一定的参考。

架空线路雷电感应电压的宏模型及跳闸率计算

架空配电线路绝缘水平低,极易遭受雷击产生雷电过电压,从而造成供电中断影响广大人民的生产和生活;对于10 k V架空配电线路,由雷击引起线路闪络或故障的主要因素是感应雷过电压,因此,对架空配电线路感应雷过电压的研究具有十分重要的意义。为了提高配电线路的安全可靠性并对线路防雷设计提供有价值的参考依据,基于Agrawal场线耦合模型建立了一种计算感应雷过电压峰值的宏模型,并与时域有限元方法进行了对比验证;结合电气几何模型及蒙德卡罗法对华北地区10 k V架空输电线路进行感应雷跳闸率计算。

架空线路雷电感应电压的改进时域有限元法研究

为了提高配电线路的安全可靠性并对线路防雷设计提供有价值的参考依据,基于Agrawal场线耦合模型,推导出了仅以传输线沿线电压作为求解变量的数值方法,实现了一种用于求解场线耦合模型改进电报方程的单变量时域有限元法(FETD)。针对三相架空配电线路,分别计算了垂直排列、水平排列和架设地线三种典型线路结构的感应雷过电压,通过与双变量的FETD法计算结果对比,验证了该方法的正确性。此外,通过计算复杂度分析,说明了本方法相对于双变量FETD法在效率上的优势。

复杂地形下架空线雷电感应过电压特性仿真研究

研究山区复杂地形对雷电感应过电压的影响,可为山区架空输配电线路的防雷设计提供理论参考。建立3维时域有限差分(3-DFDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。算法的准确性通过与国外相关研究结果的对比得以验证,并利用该算法对复杂地形下架空线雷电感应过电压特性进行了仿真研究。结果表明:感应过电压幅值明显受山体地形坡度的影响,与平坦地形相比,其幅值随山体坡度的增加而明显增大;架空线感应过电压幅值不仅与线路所在位置处的地形坡度有关,还受到其他地形坡度的影响,感应过电压幅值随山体陡度的增加而变大;以南京紫金山地形为例,模拟结果显示山区地形条件下的感应过电压明显大于理想平坦地面的情况,线路两端过电压幅值分别提高了51.4%和47.3%。

平面波照射下贯通导线电磁干扰快速算法

提出了一种基于BLT(Baum-Liu-Tesche)方程的平面波辐照下金属腔贯通导线电磁干扰分析的快速计算方法.首先采用电磁拓扑理论将整个问题进行拓扑分解,根据场线耦合理论获得场线耦合节点的传输函数,进而采用广义BLT方程获得外界电磁波与贯通导线相互作用时金属腔内终端负载上的干扰电流.将该算法用于贯通单导线、贯通双导线和贯通传输线网络电磁干扰问题分析,计算获得的终端负载上感应电流结果与全波分析方法结果吻合较好,证明了该快速算法的有效性.该快速算法计算时间仅为全波分析法的万分之一,且所占内存相比全波分析法缩小了几十倍.

RS105瞬态电磁场辐射的线缆耦合技术研究

依据GJB151B-2013标准,针对瞬态电磁场辐射敏感度(RS105)测试项目的瞬态脉冲波形定义及参数,较GJB151A标准发生了很大的变化(主要是上升时间缩短了很多),满足GJB151A的系统不一定能满足GJB151B要求。通过对RS105瞬态电磁场的时频特性和能量分布情况的研究,建立Agrawal模型对其进行线缆耦合分析,得出影响耦合电流大小的因素有长度、高度、入射仰角、大地电导率和负载阻抗,对RS105的防护具有重要的参考价值。

雷击高塔对多导体架空配电线感应过电压的影响

为了研究雷击高塔时多导体架空配电线路感应过电压特征,基于高塔传输线模型建立了2维时域有限差分算法,计算雷击高塔时产生的空间电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算了2种典型结构(水平和垂直结构)多导体架空配电线上的感应过电压。算法精度通过与相关文献结果的对比得以验证,利用该算法对比分析了雷击地面和雷击高塔时的感应过电压,并讨论了水平距离、塔高、电导率和屏蔽线等因素的影响。结果表明:与雷击平坦地面相比,雷击高塔时2种结构的线路感应过电压波形产生了明显振荡,幅值也显著变大;对于2种结构的线路感应过电压,其幅值均随着距回击通道水平距离的增加而减小、随土壤电导率的减小而增大;当塔高小于水平距离时,线路过电压幅值与塔高成正相关关系。另外,屏蔽线的存在会明显降低线路端点的感应过电压幅值,水平多导体架空线中间位置的线路、垂直多导体架空线最靠近屏蔽线的线路受屏蔽作用最明显。该研究结论可为改进架空线路的防雷设计提供理论参考。

金属腔内场线耦合干扰敏感性

研究了金属腔内电磁场与单导线耦合对线两端部件产生干扰的敏感性问题。利用并矢格林函数计算腔内场分布,利用Agrawal模型计算获得导线两端负载的干扰响应,从腔体尺寸、内部干扰源位置及导线位置三个方面分析了建模的微小变化对导线负载干扰的影响。结果表明,腔体尺寸的微小变化会带来负载干扰响应的很大变化,在谐振点处该影响尤其明显;腔内干扰源位置的微小变化可能会带来负载干扰响应的巨大变化;干扰响应对导线距离金属腔壁高度的微小变化不敏感,但单导线位置的微小变化可能带来负载干扰的较大变化。

基于改进传输线模型和FDTD算法的西南丘陵地区感应雷过电压计算方法研究

感应雷过电压严重影响西南丘陵地区中低压配电线路运行可靠性。为减小雷电事故概率并对线路防雷设计提供有价值的参考,分析土壤与水平电场的关系,并基于土壤因素改进Agrawal场线耦合模型,采用时域有限差分法(FDTD)计算感应雷过电压。针对四川省自贡市某10kV输电线实测并分析,结果表明:大地电导率对感应雷过电压的峰值影响较大;与雷击点相对距离对感应雷峰值和起震时间都有较大影响。研究表明对西南地区进行差异化防雷分析,使理论计算更加接近实际,为西南丘陵地区输电线防雷设计提供更有价值的理论依据。

西南丘陵地区10 kV输电线路考虑土壤因素影响下的雷电过电压识别

为提高西南地区中低压输电线安全可靠性,对线路加装防雷设施。首先通过加入土壤因素对传输线模型进行改进,使其更加适合西南丘陵地区的复杂环境;然后结合Agrawal场线耦合模型和时域有限差分法(FDTD)对自贡市某10 kV输电线感应雷过电压进行仿真分析,并与ATPEMTP电磁暂态仿真软件对该线路直击雷仿真结果进行对比;最后得出通过雷电过电压波形幅值和斜率可以有效识别同一线路同一易击段雷击故障类型,对中低压输电线防雷设计与日常维护有重要的参考价值。

山区雷击高塔影响架空线感应过电压的模拟研究

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压。利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击山顶高塔时的线路感应过电压,并讨论了山体坡度、距离、塔高、土壤电导率的影响。结果表明:与雷击平坦地面相比,架空线感应过电压幅值随锥形山体坡度的增加而增大;当雷击山顶高塔时,线路两端的感应过电压幅值随着距离的增加而减小、随塔高的增加而增大、随电导率的降低而增大,与雷击山顶相比,雷击山顶高塔时线路两端的感应过电压波形产生了明显震荡,波形幅值进一步增大;以南京紫金山真实山区地形为例,模拟结果发现与雷击平坦地面相比,雷击山顶时的线路两端过电压幅值分别提高了43.5%和48.9%,雷击山顶高塔时的线路两端过电压幅值分别提高了50.2%和124.3%。

屏蔽线和三相线空间结构变化对雷击耦合电压的影响

基于多导线的Agrawal场-线耦合模型,采用"两步走"方法,从理论层面研究了屏蔽线和三相线路的空间结构变化对耦合电压峰值的影响。笔者从两个方面进行讨论:1)屏蔽线的高度对耦合电压的影响,其他条件不变,发现屏蔽线越高,相线受到的屏蔽效应呈现先增大后减小的趋势。线路结构两边的两根相线在屏蔽线高度为17.05 m时,屏蔽效应达到最大;但对中间的一根相线而言,屏蔽线高度为12.05 m时,屏蔽效应最大。2)保持屏蔽线和三相线的高度不变,通过改变三相线的水平距离(屏蔽线的水平间距也随之改变),分析线路空间结构的变化对耦合电压的影响。对位于两边的两根相线而言,水平间距从1.7 m增加至5.7 m时,屏蔽效应逐渐减小。对中间的一根相线而言,水平间距从1.7 m增加到2.7 m时,屏蔽效应逐渐增大,但当水平间距继续增加至5.7 m时,屏蔽效应逐渐减小。

基于两步有限差分时域法的输电线路雷电感应电压分析方法研究

为了降低计算难度,同时兼顾架空线路以及地埋线路的计算,笔者提出了一种新的高效的两步有限差分时域(FDTD)分析输电线路(TL)雷电感应电压方法。该方法包括两个步骤,第一步使用二维FDTD方法计算垂直闪电通道辐射的电磁场,并照亮附近的TL。第二步使用三维FDTD方法计算TL的电磁响应,该响应由在连接三维空间边界的总场-散射场中添加的入射电磁场照亮。为了验证所提出的两步FDTD方法,将两步FDTD方法计算结果与Agrawal耦合模型计算结果及三步FDTD方法计算结果进行比较,发现两步FDTD方法在分析TL上的雷电感应电压方面具有较高的计算效率。