雷击下输电线路上行先导稳定起始的初始流注区域空间电荷判据

雷电作用下准确判断线路上行先导的稳定起始时刻显著影响线路雷电屏蔽性能分析的准确性,而如何确定合理的判据是研究重点。该文依据导线正极性上行先导发展数值模型,通过计算不同条件下的导线上行先导发展过程,提出正极性上行先导的初始流注区域临界空间电荷判据。研究表明,导线出现稳定的上行先导时,初始流注区域的空间电荷量存在一临界值,该临界值仅受导线半径的影响,与导线高度、运行电压及雷电参数无关。与已有的上行先导起始判据相比,以此临界值作为稳定起始时刻判据可以更好地解释空间电荷对上行先导的屏蔽作用随导线半径增大而减弱的现象,并进一步探讨该判据与海拔高度的关系,可为输电线路雷电屏蔽性能的分析提供参考。

±500kV直流输电线路雷电屏蔽模拟试验研究

模拟试验是研究超/特高压输电线路绕击特性的一个重要手段,针对直流线路标称电场对线路雷电绕击特性的影响问题开展模拟试验研究,首先从模拟试验比例尺的确定、地闪先导过程近区电场的模拟和模型线路标称电场模拟三方面论证了试验的物理等价性;在计及直流电压的条件下,通过放电试验得出了±500kV输电线路G4–40型杆塔绕击空间分布;试验中观测到主放电击中导线(或避雷线)的同时,避雷线(或导线)上残存的迎面流注。依据试验现象,定性分析了标称电场对绕击特性的影响机理;对试验结果定量分析表明,计及直流电压后G4–40型杆塔正极绕击率为不考虑直流电压时的1.79倍。

人工引发雷电试验及其特征的初步分析

1989年夏季,我们在甘肃永登黑林子地区进行厂用拖带接地金属细丝的火箭引发雷电的试验,获得了3次成功。本文分析了这3次引发雷电的放电特征。结果表明,放电是在雷暴云下部正电荷的作用下上行负流光的激发和传播过程,雷电人工引发时的地面电场为6—8kV/m。由一简单物理模式粗略地定量估算出了放电参数:中和电荷量约为1.2—5.3C,电荷中心离地高度1.3—2.5km,和甘肃地区雷暴云下部正电荷中心高度范围一致。

直流输电线路绕击耐雷性能及防护措施试验分析

为论证直流输电线路工作电压对其绕击耐雷性能的影响,并评估在避雷线上安装水平侧针和减小保护角两种防护措施的防护性能,针对±500kV直流输电线路G4—40型杆塔开展了1:40的雷电绕击模拟试验研究。试验结果表明:在极导线施加正极性直流工作电压后,模拟输电线路的绕击空间明显增大,直流工作电压增强了迎面流注的起始能力是造成该绕击空间增大的主要原因;于避雷线上安装水平侧针可降低绕击导线的概率,但其单针沿档距方向保护范围有限;减小线路保护角可于全档距内降低绕击概率,其效果优于水平侧针。

双接地负地闪VHF辐射源放电通道和光学通道的对比分析

利用闪电VHF辐射源三维定位和闪电光通道高速摄像同步资料,对一次双接地负地闪放电通道作定位和亮度特征进行对比分析,并仔细分析了其通道发展和连接,详细讨论了一次负地闪双接地的形成过程。结果表明,在预击穿阶段,通道击穿作用很强,但电流小,其载体主要是雪崩电荷;在回击激发阶段,通道电流迅速增大,其载体除了雪崩电荷外,还有大量来自云内电荷区的电荷。在整个过程中,主通道有较高亮度(云外),即主通道中有较强电流运动,而分叉通道电流较弱。研究表明近地面向上发展的辐射源可能是源于地面尖端产生的向上先导。

1991年北京延庆人工引雷实验及分析

简要地叙述了北京１９９１年夏天利用火箭－导线技术两次引雷成功的结果．两次引雷成功均是在地面电场为正（即正电荷当顶）时触发的．触发时地面电场分别为３．１ｋＶ／ｍ和２．５ｋＶ／ｍ，高度在３００－４００ｍ之间．分析表明，两次火箭引雷均系火箭上升到一定高度时激发上行负流光，然后产生连续对地放正电的过程，无回击发生．简单模式分析表明，中和电量小于１０Ｃ，火箭上升过程导线中电晕电流约为４ｍＡ．

基于先导发展模型的输电线路绕击跳闸率计算

雷电绕击是影响电力系统安全稳定运行的关键因素之一,现有输电线路雷电绕击分析模型对先导起始和发展过程的描述较为简化。为此,根据正极性上行先导起始和发展机理,提出了用于单根导线和分裂导线的上行先导起始判据,并提出了1种考虑背景电位变化贡献的流注空间电荷计算方法,在此基础上建立了绕击跳闸率计算模型和自适应算法,最后对我国典型的500 kV线路的绕击特性开展了仿真研究。计算结果表明,低电压等级时该模型得到的先导起始时刻与Rizk判据和临界半径判据基本一致,500 kV输电线路绕击跳闸率平原地区为0.012次/(100 km·a),山地地区为0.211次/(100 km·a),与我国运行经验相符。绕击跳闸率自适应算法与原有方法相比,在同样精度下所需计算时间更短。

长空气间隙放电研究的挑战与进展

开展空气间隙放电的理论研究,是支撑我国特高压工程建设、提升电力系统雷击防护水平的现实需求。通过分析特高压下长空气间隙放电的工程需求,以及雷电绕击输电线路的先导发展模型、电气几何模型所面临的理论困境,归纳了当前长空气间隙研究所面临的主要挑战——物理模型的内在复杂性、测试手段的局限性及数值求解方法的不确定性。同时,基于过去30多年测量、计算方法的长足进步,指出目前我国开展长空气间隙放电研究的重大机遇。另外,还简要总结了国内外长空气间隙放电研究的发展历程及流注先导模型在不同历史时期的典型成果,详细介绍了清华大学在973项目的支持下,在长空气间隙放电的微观机理与宏观过程研究方面的最新进展,并对未来的研究方向与目标做了初步展望,包括:1)明晰不同尺度流注起始及发展的规律;2)更深入认识流注转化为先导的规律及机理;3)清晰描述先导的发展过程特征参数;4)建立更完备的长空气间隙击穿模型,能够更准确地预测长空气间隙的放电特性;5)建立更科学的雷击闪络先导发展模型及雷击闪络风险评估方法;6)提出工程实用的更优化的长空气间隙结构。

输电线路雷电先导发展三维仿真模型

超、特高压线路雷电屏蔽性能的科学评估方法是电力系统防雷研究的前沿课题之一。现有输电线路雷电先导发展模型中上行先导起始未考虑流注空间电荷影响、假设发展速度为恒值,且未考虑杆塔、线路实际三维结构对雷电屏蔽性能的影响。针对上述不足,该文研究建立了考虑流注空间电荷屏蔽作用的输电线路上行先导起始和发展全过程的动态仿真模型,开展了3m棒-板间隙正极性操作冲击放电流注先导转化过程实验观测,对所建立模型进行了验证;基于模拟电荷法建立了雷击输电线路下行先导过程附近空间三维电场并行计算方法。应用文中模型定量计算了典型的特高压同塔双回输电线路雷电上行先导放电特征参数,得出Rizk判据和临界电晕判据不考虑空间电荷的屏蔽作用,将夸大工作电压对上行先导起始的促进作用;现有的雷电先导发展模型假设上行先导与下行先导的速度比为恒值,既不能准确反映上行先导间的竞争关系,也有可能夸大上行先导的引雷能力。

不同类型避雷针雷击接闪效能差异的实验评价方法

探讨一种直观、易于理解且反映雷击放电机理的实验方法,以评价不同类型避雷针的雷击接闪效能差异,对雷电防护领域形成共识显得尤为重要。为此,论文首先分析了雷电环境下地面目标物上避雷针的雷击接闪过程,指出不同类型避雷针接闪效能的差异主要体现在对迎面放电过程的影响上;接着,提出了如下实验评价方法:采用针-板间隙的放电实验布置,对4 m及以上间隙施加1.2/50μs标准雷电波模拟迎面流注放电过程,对6 m及以上间隙施加250/2500μs标准操作波模拟迎面先导放电过程;然后,通过比较非传统避雷针与传统避雷针的放电起始时刻与平均发展速度2个指标,以评价不同类型针的接闪效能差异;最后,利用所提方法对典型提前放电(early streamer emission,ESE)非传统避雷针与传统避雷针开展了接闪效能差异的评价实验。实验结果表明:ESE针与传统避雷针的评价指标基本一致,不具备研发商所宣称的引雷增效作用。

避雷针端部曲率半径对雷击接闪效能的影响

通常认为避雷针端部曲率半径越小,端部附近电场越强,雷击接闪效能越强;一些学者认为不同高度避雷针端部曲率半径对接闪效能的影响不同;还有学者则认为曲率半径对接闪效能没有影响。因此,研究避雷针端部曲率半径是否影响其雷击接闪效能对新型避雷针的设计研发和工程应用具有指导意义。论文开展了针–板间隙下不同曲率半径避雷针流注放电与先导放电模拟实验,结合实验室针–板间隙和避雷针–雷云超长间隙放电的空间电场计算,对曲率半径是否影响避雷针迎面流注和迎面先导接闪效能进行了分析。结果表明,不同曲率半径下避雷针流注放电起始时刻差异<0.22μs,发展速度差异<5%;当曲率半径小于临界半径时,避雷针连续稳定先导起始时刻差异<1.27μs,发展速度差异小于5%;自然雷电环境下,避雷针端部曲率半径的变化仅对端部附近区域电场产生影响。研究表明,避雷针端部曲率半径对其雷击接闪效能几乎不产生影响。