10Kv架空线路防雷技术改造毕业论文(2)

1．2国内外研究现状

1．2．1关于架空配电线路感应雷过电压计算的研究

雷击线路附近大地时架空配电线路感应雷过电压的计算包括两个部分：首先，通过雷电同击的数学模型计算雷电通道周围电磁场；然后，通过建立雷电通道周围电磁场与线路的耦合模型计算线路感应雷过电压。目前，国内外关于架空配电线路感应雷过电压计算的研究主要包括以下几个方面： (1)雷电回击模型

由于雷电的随机性和复杂性，建立一个统一的数学模型是不可能的，但一个可接受的雷电数学模型至少应该描述一些与实验观测有关的数据，如通道底部电流、回击传播速度、一定距离的电磁场等。在工程中往往建立雷电同击的简化模型，工}％应用中人多数雷电回击的电流模型是在I--歹U条件F建立的： (a)大多数雷电回击的电流模型都是针对第一回击建立的，因为雷电第一回击是引起雷电过电压的主要原因。 (b)雷电通道都是垂直于地面的。

自20世纪40年代Bruce和Golde首次提出雷电回击的电流模型以来，出现了各种工程模型，主要分为西人类，即传输线(TL)类型和传输电流源(TCS)类型，每类中的各雷击模型都在不断地发展。这些模型均有各自的特点，在文献[4]和[20中均对这些模型进行过详细的介绍和比较，目前在架空配电线路感应雷过电压的计算中用得最多的是TL模型。模型的基本思想是将雷电同击电流看作是在放电通道的底部注入了一个特定的基电流，该电流沿着通道向上传播，形成回击电流。 (2)雷电放电通道模型

在对雷电放电通道进行建模时，虽然雷电通道并不垂直丁地面而总是表现出一定的曲折，但由于雷电通道的曲折具有随机性，因此国内外文献在计算架空配电线路感麻雷过电压时都把雷电放电通道简化为垂直于地面的导线jail61121-331，按照天线理论对其进行分析。

(3)雷电通道周嗣电磁磁场的计算

雷电通道周围电磁场的理论计算主要是根据麦克斯韦(Maxwell，S)方程组进行求解。Rubinstein在文献[22]采用单极子技术和偶极子技术求解了雷电电磁场

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的麦克斯韦方程组。Cooray在文献[233运用偶极子理论求解了麦克斯韦方程组。Umain经过与实测结果对比，证实了偶极子方法具有很好的计算精度。国内关丁雷电电磁场计算的文献也很多对雷电电磁场的计算也进行过比较深入的研究。 (4)雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型”。

关于雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型前人作过人量的研究，综合前人研究成果，从激励源的类型看，雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型可分为三种：

(a)Taylor模型”该模型认为传输线同时受分布电流源和分布电压源激励，其中分布电流源是由与传输线回路交链的磁链引起的，分布电压源是由两导体问的电场引起的。

(b)(b)Agrawal模型。该模型根据散射理论来分析雷电通道周围电磁场与传输线耦合的问题，传输线激励源只有沿导体日J向电场分量引起的分布电压源。 (c)Rashidi模型‘矧，该模型认为传输线的激励源只有磁场引起的电流源。

以上三种模犁各物理量的定义不同，采用不同的模型，同一入射电磁场分量引起的感应电压或电流对总电压或总电流的贡献不同，但计算出的总电压和总电流是相同的。

此外，还有Rusck模型和Chowdhuri模型，这两种模型在一定条件下与Agrawal模型是等价的，但Rusck模型和Chowdhuri模型只能适用于人地为理想导体的场合，同时它们对电磁场的各分量考虑的不全面，而只有Agrawal模型考虑的最全而，从而也得到了广泛的应用。 (5)架空配电线路感应雷过电压计算

由于选取不同的雷电回击模型和雷电通道周丽电磁场与传输线的耦合模型，计算架空配电线路感应雷过电压的方法也不同。 1．2．2关于架空配电线路感应雷过电压防护的研究

架空配电线路感应雷过电压的防护包括两个方面： (1)从限制感应雷过电压的角度进行防护； (2)从降低感应雷过电压的角度进行防护。

国内外目前研究较多的是从限制感应雷过电压的角度进行防护，采用的防护措施包括：安装避雷装置、加强线路绝缘、装设自动重合闸装置等口1。针对不

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同的线路采取的防雷措施也不同。目前研究最多的是10kV架空绝缘导线的防雷问题，提出的解决方案土要有以下4种：

(1)安装避雷装置； (2)延长闪络路径； (3)局部剥离导线； (4)提高线路绝缘水平。

国内外对从降低感廊雷过电压的角度进行防护研究的不多。文献f381提出在架空配电线路之间安装“感应雷屏蔽线”可以降低架卒配电线路的感应雷过电压，并将这一防护措施应用于实际中收到了良好的防雷效果。但对感应雷屏蔽线安装在何处能最有效地对架空配电线路感廊雷过电压进行防护没有做过相应的研究。

1．3本文的研究内容及主要工作

本文的研究内容及主要工作包括以下几部分：

(1)研究了雷击线路附近大地时架空配电线路感应雷过电压计算的数学模型，包括大地为理想导体和非理想导体两种情况。

(2)结合相关文献给?的计算条件，通过电磁暂态仿真程序ATPDraw对本文研究的架空配电线路感应雷过电压的计算模型进行了验证：并研究了雷电流的参数、线路高度、雷击点、大地屯导率等参数对架空配电线路感应雷过电压幅值和波形的影响。

(3)从降低感应雷过电压的角度，研究了在架空配电线路上安装耦合导线后架空配电线路感应雷过电压的计算；并分析了10kV架空线路中导线三角形排列和垂直排列两种情况下耦合导线的安装位置；最后对lOkV架空线路中导线三角形排列和垂直排列两种情况下耦合导线的最佳安装位置进行了计算。

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第二章 雷电概述

本章对雷电的相关知识进行了概述，这部分的内容是本文进行架空配电线路感应雷过电箍计算与防护研究的基础理论知识。

2．1雷电放电过程

雷电放电是由带电荷的雷云引起的。雷电放电可分为云云放电和云地放电，虽然大多数雷电放电发生在雷云之间，但人们研究最多的是云地雷电。因为，云地雷电造成的伤害对电力系统和通讯系统的影响最大，云地雷电也更易于观察研究。Bergerl978年根据雷云电荷的先导发展方向和所带电荷的极性，将雷电分为四类：(1)向下负雷电；(2)向上负雷电：(3)向下正雷电；(4)向上正雷电。向上雷电大多发生在高层建筑或位于山顶的建筑物上，又由于向下负雷电是最普遍的云地雷电，占全球云地雷屯的90％以上，因此研究最多的是向下负雷电。

下面以向下负雷电为例来分析雷电放电的三个阶段： 1．先导放电阶段

雷云对人地有静电感应，在雷云电场下，大地感应出正电荷，两者形成一个特殊的大电容器，随着雷云中电荷的逐步秘累，空间的电场强度不断增大。当雷云中电荷密集处的电磁强度达到空气击穿场强(25～30kV／cm)时，就产生强烈的碰撞游离，形成指向大地的一段导电通道，称为雷电先导。先导放电不是连续向下发展的，而是一段接着一段地向前推进。 2．主放电阶段

当下行先导接近地面时，会从地面较突出的部分发出向上的迎面先导。当迎面先导与下行先导相遇时，便产生强烈的“中和”过程，引起极大的电流，这就是雷电的主放电阶段，伴随出现闪电和雷鸣现象。主放电阶段的特点是： (1)主放电存在的时间极短，约为50～100us。 (2)电流极大，可达数十乃至数百千安。 3．余光放电阶段

主放电到达云端就结束了，然后云中残余电荷经主放电通道流下来，称为余光放电阶段。由于雷云中的电阻较大，余光放电阶段对应的电流不人(约数百安)，

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持续时间则较K(0．03～0．05s)雷云中的电荷分布是不均匀的，往往形成多个电荷密集中心，所以第一个电荷中心完成上述放电过程后，可能引起第二个、第三个甚至更多个的中心向第一个中心放电，并沿原先的通道到达大地，因此雷电可能是多重性的。第二：次及以后的主放电电流一般较小，不超过30kA。 下图2．1所示为用底片迅速转动的高度摄影装置记录的雷电放电过程及相应的雷电流曲线。

图2．1 雷电放电过程及相应的雷电流曲线

2．2感应雷过电压的定义及其形成的物理机理

2．2．1感应雷过电压的定义

感应雷过电压是指雷击线路附近大地或雷击杆塔时由于电磁感应在导线上引起的过电压。本文后面对架空配电线路感应雷过电压的研究都是针对雷击线路附近人地时线路的感应雷过电压进行研究的。 2．2．2感应雷过电压形成的物理机理

由于雷云对地放电过程中，放电通道周同空间电磁场的急剧变化，会在附近架空线路的导线上产生感应雷过电压。对于感应雷过电压形成的物理机理，目前有了比较一致的认识。在雷电放电的先导阶段(以向r负雷电为例)，线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中，由于静电感应，导线轴线方向上的电场强

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