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。

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。

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%。

锥形山体坡度及其电导率分层对雷击感应过电压的影响

为研究山体地形对雷电感应过电压的影响,开发了计算山区架空输配电线雷电感应过电压的2维时域有限差分(2-D FDTD)算法。通过与国外相关研究结果作对比,验证了算法的准确性,并利用该算法计算了山体地形坡度、电导率及其分层结构对架空线雷电感应过电压的影响。结果表明:与理想平坦地形相比,山体地形坡度对雷电过电压有显著影响,尤其在土壤电导率为有限值的情况下,过电压幅值随地形坡度的升高而明显增大;当山体表层土壤电导率小于下层土壤电导率时(σ1<σ2),感应过电压幅值随表层土壤厚度的增加呈明显增大的趋势;而当表层土壤电导率较大时(σ1>σ2),雷电过电压幅值随表层土壤厚度的增加而迅速衰减;当表层土壤厚度>5 m时,过电压幅值主要取决于表层土壤电导率,土壤分层的影响可以忽略。研究结果可为山区架空输配电线路防雷设计提供理论参考。

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。

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。

10kV架空配电线路感应雷过电压计算

配电网架空输电线路的绝缘水平较低，因此雷电感应过电压引起的雷击跳闸率很高。为了提高配电网架空输电线路的安全可靠性，本文基于改进的多导体传输线模型，计算了雷电回击电流产生的空间电磁场分布，使用时域有限差分法（FDTD）和Agrawal场线耦合模型对10kV配电线路的感应雷过电压进行了计算。以实际10kV架空配电线路为例，计算了不同线路结构下的感应雷过电压，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。

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。

架空输电线不同位置处雷电感应入射、散射电压数值模拟

利用时域有限差分算法和Agrawal耦合模型,分析计算了架空输电线中点和端点处感应入射、散射电压变化特征。结果表明:1)在线路中心位置处,模拟出的雷击过电压波形呈正极性变化趋势,且中心位置处的过电压峰值要大于线路端点位置峰值;2)架空线上感应出的雷击过电压主要分为散射电压和入射电压两个部分,通过数值计算得出,在线路中点位置处,散射、入射电压峰值相接近,但波形极性相反。在线路端点位置处的耦合过电压主要为散射电压。

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%。

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。

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。