Review of the Lightning Shielding Against Direct Lightning Strokes Based on Laboratory Long Air Gap Discharges

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展，并结合最新开展的长达6m问隙尺度的放电试验观测，对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型（electricgeometrymodel，EGM）仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析，现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程，无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究，建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。

改进EGM模型对特高压输电线路的适用性与验证

为了更准确地分析我国特高压输电线路雷电绕击屏蔽性能,基于我国长空气间隙放电试验数据和雷电回击观测数据,建立考虑地形条件的适应于大尺寸输电线路雷电屏蔽性能评估的改进电气几何模型(electric geometry model,EGM)并进行验证,将击距公式修正为rs=0.13(I^(2)+40I)^(0.814)。改进EGM模型对超、特高压输电线路三相导线的雷电绕击率计算结果与日本实际线路雷击观测数据及我国平原、山区特高压输电线路雷击模拟试验数据具有一致性,验证了改进EGM模型的适用性。采用改进EGM模型评估了杆塔型式、山坡陡度对我国特高压线路绕击跳闸率的影响。计算结果表明,采用SZ322型杆塔的绕击跳闸率高于采用SZT1型杆塔,且特高压线路绕击跳闸率随山坡陡度的增大而增大。EGM模型的修正以及计算方法的优化,对我国特高压输电线路雷电屏蔽性能的设计具有一定的指导意义。

超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究

输电线路跳闸的主要原因是雷击闪络,这与线路现有雷击跳闸模型与线路实际运行情况存在较大差异有关。文中以电磁场理论为基础,对高杆塔下击距系数进行研究,利用自编程序仿真,结果表明击距系数随着杆塔高度的增加而减小,雷电流幅值对击距系数没有影响,利用线性拟合方式得击距系数β与杆塔高度H的关系式为:β=1.18?H/108.69。引入击距系数,提出利用改进的电气几何模型对超特高压线路绕击耐雷性能进行分析,并以500kV鸭福线路为例进行计算和分析,结果表明根据文中仿真模型所推导的β公式计算该线路的跳闸率与实际线路运行情况比较吻合。同时,分析了杆塔高度、地面倾角、线路保护角、线路绝缘强度等对输电线路绕击耐雷性能的影响。

基于长间隙放电研究雷电屏蔽问题的进展

长间隙放电是研究地面物体雷电屏蔽问题的最有效手段之一。首先介绍了国内外在雷电击距、直击雷防护措施的屏蔽性能试验和雷电迎面先导过程研究3个方面所取得的进展,并结合最新开展的长达6 m间隙尺度的放电试验观测,对现阶段上述3个方面研究所存在的问题进行了分析。认为基于雷电击距建立的电气几何模型(electric geometry model,EGM)仅适用于小尺度目标物的雷电屏蔽性能分析,现有的雷电屏蔽模拟试验方法仅能近似模拟不存在雷电迎面先导时的雷击过程,无法完全证明以提前流注发射模型装置为代表的非传统防雷装置具有比传统措施更优越的屏蔽性能。大尺度目标物的雷电屏蔽问题应聚焦于雷电迎面先导过程的研究,建立并完善雷电迎面先导过程的模拟试验方法和物理仿真模型。

计算接触网雷击参数的新方法

根据接触网的特点建立雷击悬挂系统的等值电路,提出悬挂系统波阻抗的计算方法。建立雷击回流线时的物理模型和等值电路,得出雷击回流线任意部位时接触网的耐雷水平计算公式。基于等值引雷宽度法和雷击距理论建立接触网的引雷范围模型,提出直接雷击条件下承力索和回流线分别遭受雷击几率的计算方法。对于典型接触网进行计算的结果为：悬挂系统波阻抗为233.8Ω;集中接地方式下的接触网耐雷水平有很大差异（1.25~26.37 kA）,如采用分散接地方式,其耐雷水平将达到26.75~43.69 kA;雷击典型接触网悬挂系统的几率为14%。

基于长间隙放电试验适用于大尺寸输电线路的改进电气几何模型

电气几何模型(electric geometry model,EGM)作为解决雷电屏蔽问题的工程模型,广泛应用于计算评估高压、超高压输电线路的雷电绕击性能。然而,随着特高压输电线路杆塔高度的提高和空气间隙的增长,运用现有EGM得到的绕击率和实际观测数据有较大出入。鉴于此,该文基于1~10m的棒-棒长空气间隙负极性20/2500μs操作冲击50%放电电压试验数据,并引入Idone的雷电通道回击速度概率分布,修正了现有击距公式;再根据棒-棒间隙和棒-板间隙的50%放电电压在4m处发生翻转的特点,结合试验结果修正了大地的击距系数,提出了一种适用于大尺寸输电线路的改进EGM。最后运用该文提出的改进EGM分别对日本500、1000和中国1000k V交流输电线路的绕击率进行计算,与日本长期的雷击观测数据对比表明:该文提出的改进EGM较现有EGM更加适合大尺寸输电线路,尤其是各相导线绕击比例和观测数据更加吻合。该文提出的改进EGM能为大尺寸输电线路雷电屏蔽设计提供参考。

采用分形方法的二维和三维雷电放电仿真模型及其应用(英文)

雷电放电的随机性以及雷电先导在其产生和发展过程中易受周围环境影响的特点导致雷电活动对电力系统产生巨大危害。采用有限凝聚扩散(diffusion limited aggregation,DLA)增长模型在二维和三维中描述雷电放电通道的分支和扭曲。通过比较自然界中雷电放电和仿真结果的分形维数,发现采用分形系数为2的模型可以得到最接近实际的结果。利用2005和2006年冬季在日本观测到的雷击风车及其防雷塔的数据可以进一步证实仿真结果和实际观测结果的一致性;当模型从二维扩展到三维时,其结果的可信性还需要其他实验数据加以验证。最后应用上述仿真模型分析了实际情况下的雷击概率和雷电防护效果。

考虑非标准雷电波的输电线路绕击跳闸率评估方法

自然云地闪电的波形参数波动范围极大,使得雷电波波形参数对输电线路绝缘子串雷电冲击闪络特性的影响不可忽视。为此,利用电压积分法(disruptive effect method,简称DE法)对输电线路绝缘子串在不同雷电波下的伏秒特性曲线变化规律及其在输电线路绕击跳闸率(SFFOR)分析中的应用进行了研究。首先对传统DE法的参数设定进行分析,分析结果表明,模型参数k越小时,DE法的伏秒特性重构曲线越陡峭。在此基础上,提出了1种新的DE参数选取方法使重构曲线能更好地反映实际绝缘子串的伏秒特性曲线变化规律,并与试验数据进行对比来验证该方法的准确度。对500kV输电线路绝缘子串在多种雷电波下的伏秒特性曲线变化规律的研究表明,施加雷电波的波前时间越小,伏秒特性曲线就越陡峭,绝缘子串的绝缘性能也就越差。此外,输电线路绕击跳闸率还必须考虑雷击线路的分散性。因此,将输电线路雷电先导分形发展理论与DE法相结合,提出了1种同时考虑雷击线路分散性和雷电波参数波动性的输电线路绕击跳闸率(SFFOR)的评估方法,计算结果表明500kV输电线路绕击跳闸率为0.337次/(100km.a),与运行统计数据相近。

山区输电线路绕击暴露弧计算与分析

对山区同塔双回线路的耐雷性能进行研究,改进基于电气几何模型的山区输电线路绕击率算法,通过引入新判据Rx计算暴露距离,对比Rx与雷电对地击距Rg大小,讨论不同雷电流对应下的暴露距离计算方法,并对典型山区同塔双回线路绕击率进行计算,得出保护角最大的相导线并不是最可能发生绕击的,绕击率的大小与导线高度、保护角、地面倾角有关。通过分析各相线路的暴露距离与雷电流关系,解释某相线路发生绕击的现象。研究结果对同塔双回线路的防雷设计具有一定借鉴意义。

±800kV特高压直流开关场内避雷线间距分析

特高压直流开关场内设备对雷电流的耐受能力弱,因此对直流换流站的直击雷防护应采取比交流变电站更为严格的措施。针对此问题,采用雷电通道的分形模型分析了避雷针的保护范围,存在小电流绕击直流场设备的可能性,建议采用密集布置的平行避雷线对直流场内的设备进行保护。为了确定合理可靠的避雷线间距,根据站内设备耐受雷电流能力的不同,采用折线法、滚球法、先导发展法及分形方法等分区域对避雷线的保护间距进行了计算,分析比较了各种方法的分析结果,并提出了±800 kV特高压直流场内不同区域的避雷线间距推荐值,分析结果已用于我国向家坝-上海及锦屏-苏南±800 kV特高压直流场的避雷线设计。

放电击中点概率分布影响因素的试验研究

采用对比性的试验，对放电击中点分布的影响因素进行了试验研究。结果表明，放电击中点的概率分布与上电极对各目的物的击穿电压、击穿时间和迎面放电的发展有关，受目的物几何形状、接地电阻和几何台距等因素的影响。所得结果深化了对雷击击中点选择物理过程的认识。

基于改进电气几何模型的输电线路雷电屏蔽性能的研究

为了提高线路绕击耐雷性能,笔者研究了高压输电线路绕击耐雷性能的分析方法,对考虑击距系数K和地面倾角θ后的电气几何模型,以杆塔中心线与大地交点作参考点,推导了最大击距的计算方法,同时探讨了最大击距不存在情形下击距系数K、避雷线保护角α、地面倾角θ的关系问题,论证了可以通过平衡K、α、θ的取值而有效提高线路绕击耐雷性能。

基于改进电气几何模型同塔多回输电线路绕击跳闸率计算

由于传统的电气几何模型基于单根导线和地线进行分析计算,对输电线路绕击跳闸率计算结果不够准确,提出一种基于改进的电气几何模型的新算法。该算法计及同塔多回输电线路避雷线、多导线系统以及大地之间的相互屏蔽作用,并考虑了雷电流的幅值和雷电流入射角等对绕击跳闸率的影响。

架空输电线路防绕击避雷针接闪性能试验研究

为了研究不同形状、不同材质的避雷针接闪体的引雷性能,采用雷云板模拟雷云对装有防绕击避雷针的地线放电,统计雷云板对防绕击避雷针的击闪概率,对比分析了不同结构、不同材料防绕击避雷针的接闪性能。试验表明,针形铜避雷针闪络率较环形铜避雷针接闪率更高,引雷效果更优,而针形铜避雷针和针形钢避雷针的接闪性能一致。研究结论对线路雷电绕击的实验室模拟方法以及防绕击措施的改进研究均有参考价值。

几种雷电屏蔽分析模型物理基础的研究

分析比较了Whitehead与朱氏电气几何模型（EGM），指出Whitehead模型中的先导入射角函数实质上是朱氏模型的放电分散性函数，提出了雷电屏蔽问题的一般物理图景，讨论了EGM中击距概念的物理意义、适用范围和先导传播（LP）模型的不足．

导线电压对电气几何模型的雷电击距的影响

使用击距描述的电气几何模型广泛用于输电线路的雷电绕击分析。由于没有考虑导线工作电压的影响,导致其分析超高压及特高压输电线路的雷电绕击概率与实际运行数据存在一定的偏差。本文采用基于电磁场理论和模拟电荷法的雷电先导发展模型模拟向下发展的雷电先导的发展过程,分析了雷电击距与雷电流、导体高度和导体电压之间的关系,提出了考虑工作电压后水平导体雷电击距的修正方法。

从＃23塔遭雷击谈最大击距问题

介绍输电线在雷击导 (地 )线的平均临界电场强度与雷击地面平均临界电场强度不相同条件下 (K <1) ,计算雷电绕击导线的最大击距公式 ,并用该公式对 2 2 0kV西南线的 # 2 3塔雷电绕击特性进行了分析计算。

山区典型地形雷击地闪密度分布差异研究

地闪密度是各项防雷设计的基础参数,研究一定范围山区内不同地形地闪密度分布的差异可以获取更准确的山区地闪密度分布图。文中首先定义了表征山区不同地形落雷密集程度的落雷分布系数这一概念,利用电气几何模型(EGM)中的击距理论推导了山顶、山谷、山脚地区的落雷分布系数理论计算公式。然后对比了山区典型地形落雷分布系数理论计算公式的差异,研究了不同因素对山区典型地形落雷分布系数的影响。最后利用某省不同地区10年的雷电定位系统数据做了实例验证。研究结果表明:山顶地区地闪密度大于山谷、山脚地区地闪密度;山体坡度越大不同地区的地闪密度差异越明显;50%雷电流幅值越大的地区地闪密度差异越明显;地形宽度变大地闪密度差异逐渐减小并趋于稳定。

特高压直流输电线路雷电屏蔽模型试验设计

采用模型试验方法修正特高压直流输电线路雷电屏蔽性能的计算方法,并对其影响因素进行了分析.针对当前国内外已开展的模型试验、现场观测与计算方法中存在的问题和不足,结合昆明特高压国家工程实验室的试验条件和国内外已有试验与观测结果,设计了±800kV特高压直流输电线路典型间隙试验、击距模型试验和上行先导模型试验的关键参数、结构布置与试验方案.

通信基站建设诱发雷电灾害事故分析

针对大足县城南中学附近建设移动通信基站后频遭雷击的状况,结合2006—2009年重庆地区ADTD闪电定位系统监测资料,重点分析该校频遭雷击事故原因。结果表明:移动通信基站建设(增加了遭受直击雷和雷击电磁脉冲影响概率)是城南中学频遭雷击的诱因;该校未安装防雷装置,且部分教学楼处于铁塔保护范围外,而位于雷击铁塔的散击区内,是频遭雷击的直接原因。