输电线路杆塔及接地体雷电冲击响应分析

雷击是造成输电线路跳闸的主要原因,研究输电线路及接地体的雷电冲击响应具有十分重要的意义。为此,笔者运用电磁分析软件CDEGS建立了500 kV双回路自立式输电线路杆塔雷电冲击模型,分析不同雷电流波形、不同杆塔参数、不同土壤电阻率和不同接地体长度下输电线路杆塔及接地体上雷电冲击响应规律。计算结果表明,雷击杆塔塔顶时,避雷线分流大小与土壤电阻率成正比关系,雷电流过大将导致绝缘子击穿;雷电流波前时间越短、横担越窄、杆塔越高、土壤电阻越大、接地体越短,雷击时塔顶和接地体冲击电压峰值越高;在高土壤电阻率地区通过增长接地体长度、降低土壤电阻率能有效降低塔顶和接地体电位。     

遭受雷击时输电杆塔及其接地装置的暂态电位分布

为向以减少输电线路的雷击故障率为目的的接地降阻和杆塔优化设计提供参考,通过电磁场数值计算方法分析了雷击情况下输电杆塔及其接地装置各自承受的电压,以及在不同雷电参数、杆塔高度、土壤电阻率、接地装置大小等条件下,杆塔和接地装置上的雷电电压变化规律。计算结果表明,雷电流波前时间越短、杆塔越高、土壤电阻率越高、接地装置规模越小,雷击时塔顶电位峰值越高。由于降低接地电阻可以明显减少塔顶电压维持在较高值的时间,因此在高土壤电阻率地区通过降低接地电阻可以有效减少直击雷的危害。     

500 kV架空线路雷电过电压与冲击接地电阻关系

为考虑雷击架空输电线路后,雷电流在避雷线、杆塔、接地网和土壤中的动态散流过程,建立了输电线路-杆塔-接地网一体化雷电全波电磁暂态模型,计算冲击接地电阻和反击过电压。基于全波电磁暂态模型,从冲击接地的概念出发,将土壤电阻率、雷电流波前时间和幅值对输电线路的影响直接反映在雷电过电压上,对雷电过电压与冲击接地电阻计算公式进行拟合。研究表明：波前时间减小和土壤电阻率增大均会使冲击接地电阻值与雷电过电压增大。不考虑火花效应时的冲击接地电阻值与雷电流幅值无关,雷电过电压随雷电流呈正比例增大。在进行接地网设计时,应考虑能使雷电过电压值下降的接地网射线的有效长度。     

超高压线路杆塔的塔顶电位特性的研究

本文通过在500kV输电线路的模型塔和模型线段上的塔顶电位响应试验,用响应曲线法研究超高压线路杆塔—避雷线—接地电阻这一系统的响应特性,分析了雷击塔顶和雷击1/4档距时雷电流波头、接地电阻、拉线等因素对塔顶电位的影响,得出了塔顶电位的变化规律及雷击1/4档距与雷击塔顶的塔顶电位峰值的比率。     

基于电磁场的杆塔接地体冲击特性计算分析

输电线路杆塔接地体的冲击接地阻抗决定了雷击输电线路或杆塔时的塔顶电位,从而影响线路绝缘子串两端的过电压水平,直接关系到线路的耐雷水平。接地体在雷电流作用下的冲击特性表现为火花效应和电感效应,使接地体的冲击特性明显区别于工频特性。基于电磁场理论建立了输电杆塔典型接地体冲击接地阻抗计算模型,通过模型试验验证了其准确性,得到了接地体在不同土壤电阻率和射线长度下的冲击接地阻抗,并与国际著名的接地计算软件CDEGS工频接地阻抗计算结果对比分析,进一步揭示了接地体的工频和冲击特性的差异,同时验证了接地体冲击电流下存在有效长度。     

基于雷电流传输特性与时频特性的防雷器件应用设计与应用分析

在电力系统的防雷保护中,雷电流的传输特性和时频特性直接影响了雷击杆塔后的塔顶的暂态过电压水平,进而决定了输电线路的雷击闪络率。提出一种基于雷电流传输特性与时频特性的防雷器件的设计方法,该器件能够有效地改变雷电流的波形与幅值;通过大幅度增加雷电流波前时间和减小雷电流幅值的方法,防雷器件能有效降低杆塔塔顶雷击后的暂态过电压水平,进而降低输电线路的反击闪络率。冲击电流试验结果表明,雷电流波前时间越短、波形陡度越高,防雷器件对其陡度的抑制效果越显著,雷电流波前时间增幅越大,雷电流幅值衰减也越大,防雷效果越好。防雷器件独特的设计和良好的防反击性能使其在500 k V以下输电线路防雷中具有较大的应用前景。     

220kV同塔四回输电线路反击耐雷性能影响因素

采用ATP-EMTP软件建立仿真模型,对220 kV同塔四回输电线路反击耐雷性能进行了仿真计算和分析。分析了雷击杆塔塔顶时,杆塔塔身及各横担不同部位电位分布,并讨论了杆塔高度、杆塔冲击接地电阻、土壤电阻率、绝缘水平等因素对线路反击耐雷性能的影响。结果表明：低土壤电阻率地区杆塔接地电阻对线路反击耐雷性能影响不明显,高土壤电阻率地区降低杆塔接地电阻能够提高线路耐雷水平;需要根据实际条件尽可能地降低杆塔高度;线路各层导线可以采取不同的绝缘水平。     

ZGD系列低阻接地模块在输电线路中的应用

引起输电线路故障跳闸的原因很多。因雷击引起的跳闸次数一般占总跳闸次数的50％以上,因而雷击位居所有跳闸原因之首。降低接地电阻值是降低雷电影响的主要手段,尤其是就山区和土壤电阻率高的地区而言。杆塔冲击接地电阻对塔顶电位升高起了决定性作用,所以,     

输电线路杆塔对雷电流监测结果的影响

在输电线路上实际测量雷电是进一步了解雷电流各种参数的有效手段,但实际测量到的结果是受被击物体影响后的雷电流。为了通过测量结果得到雷电流的原始波形,在输电线路杆塔模型中考虑了雷电波在杆塔传播过程中的衰减、畸变以及杆塔冲击接地电阻等因素,采用电磁暂态分析程序PSCAD对两种不同的输电杆塔进行了仿真计算,并对是否装设避雷线的情况进行了比较分析。结果表明避雷线对于雷电波的传播有很明显的影响,雷击输电线路杆塔时塔顶和塔底的雷电流波形有显著的区别,塔底电流随着杆塔的增高而变大。     

杆塔冲击接地阻抗的有限元分析

电力系统的运行经验表明,大多数输电线路事故是由雷击输电线路或杆塔引起跳闸所致。经由输电线路杆塔接地体流入大地的雷电流可达数十甚至上百千安,此时接地体周围土壤出现非线性火花放电现象。为了提高输电线路耐雷水平,降低雷击故障率,考虑实际工况下土壤非线性火花放电效应进行杆塔接地体参数计算对降低杆塔接地电阻的优化设计至关重要。文中基于电磁场理论,考虑土壤中的火花效应特性,采用有限元数值计算方法建立了仿真模型,实现了高幅值冲击接地电流下接地体入地散流过程的模拟。研究表明,该仿真模型与试验结果偏差小于10%;随着雷电流幅值的升高,冲击接地阻抗降低且有饱和趋势;接地体阻抗随雷电流频率增大而增大。     

接地模块在输电线路中的应用

输电线路的雷击跳闸次数一般占线路总跳闸次数的50%以上。降低输电线路雷击跳闸率的主要措施之一是降低线路杆塔的冲击接地电阻,在高土壤电阻率地区,采用传统的方法难以使杆塔的冲击接地电阻满足要求。以石墨为主要原料而制成的接地模块,可有效地降低杆塔接地装置的工频接地电阻,尤其可大幅降低杆塔的冲击接地电阻,从而降低输电线路的雷击跳闸率。     

雷击超高压交流输电线路对埋地输油输气管道的电磁影响

以甘肃河西750kV交流输电线路为例,深入研究和解决了超高压交流输电线路遭受雷击时对邻近输油输气管道的电磁影响问题。通过建立EMTP时域仿真计算模型,获得了雷击输电线路杆塔时避雷线电流和杆塔入地电流的分布特性以及杆塔冲击接地阻抗、雷击点位置等对避雷线电流和杆塔入地电流的影响规律。基于线矩量法计算模型,仿真研究了线路与管道平行接近时管道电位、涂层电位和防腐层电压的分布特性和衰减规律,归纳推导了线路与管道交叉跨越时管道防腐层电压的简化计算公式,该公式可以考虑雷电流幅值、管道类型、土壤电阻率以及管道至杆塔接地体距离的影响。结合3层聚乙烯(PE)防腐层的雷电冲击耐压限值,得到了不同幅值的雷电流作用下满足防腐层耐压限值要求的管道与杆塔接地体的允许接近距离,为今后电力工程和油气管道工程的建设提供了重要的参考数据。     

电杆钢筋结构对塔顶电位的影响

在分析输电线路防雷水平时,除了要考虑钢筋混凝土电杆的冲击接地电阻,还应考虑其钢筋结构的影响。为分析输电线路钢筋混凝土电杆钢筋结构对其塔顶电位的影响,利用电力系统接地分析软件CDEGS搭建10 kV输电线路钢筋混凝土电杆模型,计算在不同波形雷电流作用下电杆的塔顶电位。仿真结果证明,混凝土电杆塔顶电位与雷电流波形有关,通过进一步计算对比电杆钢筋结构和接地极的阻值,分析得到在不同雷电流波形作用下,当塔顶电位达到最大值时,电杆钢筋结构阻抗差别明显,在造成电杆塔顶电位差异的过程中起到主要作用,雷电流波头时间越短,电杆钢筋结构感抗越大,对塔顶电位造成的影响越大。因此要提高输电线路的防雷水平,一方面应降低电杆的冲击接地电阻,还应改进电杆钢筋结构,以降低感抗作用的影响。     

输电线路的防雷保护

1输电线路防雷知识 输电线路遭受雷击从形式和造成的后果来看,可简单地分为雷击杆塔、雷击地线的雷电反击现象和雷击导线的绕击现象。当雷击杆塔顶部时,雷击产生的雷电流通过杆塔塔身和杆塔接地网流人大地。由于塔身阻抗和接地电阻的存在．塔顶将出现一定的雷电过电压并反击到线路绝缘子上,在塔身阻抗不大、杆塔接地良好的情况,     

雷击特高压交流同塔双回杆塔对油气管道的影响

线路雷击杆塔会对附近埋地金属油气管道产生电磁影响,而雷击杆塔时大部分高能量的雷电流直接经过故障杆塔接地体入地,对管道的阻性耦合最为严重,为此研究了1000kV特高压同塔双回交流线路,雷击杆塔塔顶时对附近埋地金属管道的电磁耦合。通过建立雷击暂态电磁场简化计算模型,计算分析了雷击杆塔时特高压同塔双回线路与管道间距、交叉角,土壤电阻率/杆塔接地电阻,以及雷电流幅值等因素对管道干扰电压的影响规律。     

考虑杆塔等效半径变化的高杆塔雷击暂态特性分析

分析雷击输电线路杆塔时的暂态特性,对输电线路上电气设备的绝缘配合设计具有重要的指导意义。在国内外已有波阻抗杆塔模型的基础上,考虑高杆塔主体和呼高部分随高度的减小而等效半径增大,使得各部分波阻抗值减小的情况,对高杆塔进行细分,仿真研究高杆塔多波阻抗模型的分段数对雷电波传播的影响。通过比较和分析不同段时雷电流波形、雷电流幅值及接地电阻对杆塔雷击暂态特性影响,得出若对高杆塔主体进行细分段,则有其上过电压降低,暂态过程较长的结论。     

输电杆塔雷电冲击全波电磁扩散响应数值模拟方法

输电杆塔遭雷电冲击会形成故障电流,容易在其附近形成跨步电压,造成严重危害,因此需要对输电杆塔雷电冲击全波的电磁扩散响应数值进行模拟,构建线路-杆塔-接地网的一体化模型,研究土壤电阻率、雷电幅值、波前时间对输电杆塔雷电冲击全波电磁扩散的影响。研究结果表明：电磁扩散响应速度随土壤电阻率与波前时间的增加而降低;雷电幅值的增大会导致电流密度与电磁扩散速度的增加,其对电磁扩散响应有积极作用。实验时间内,在雷电幅值影响下,电磁密度与电磁扩散速度均未出现峰值;而在土壤电阻率与波前时间的影响下,电磁密度与电磁扩散速度均存在峰值。     

输电线路杆塔接地冲击特性的研究

一、前言杆塔接地的冲击特性是影响输电线路雷击塔顶电位的重要参数,可采用模拟试验和真型电极试验来确定。从理论上分析,这两种试验方法存在明显的差别。根据相似判据,模拟试验的电极半径应取真型电极的1/n倍,冲击电流的波头时间应取雷电流波头的1/n~2倍(n=真型电极长度/模拟电极长度),这是模拟试验无法实现的。又不同土壤的临界击穿场强变化范围     

接地模块在输电线路中的应用

国家电网公司的《架空输电线路管理》规范（试行）中对220kV架空输电线路雷击跳闸率的管理目标是〈0．315次／百公里·年,要达到这一目标,必须使220kV线路绝大部分杆塔的冲击接地电阻降至10Ω以下。以石墨为原料制成的接地模块可大幅降低杆塔的冲击接地电阻,降低输电线路的雷击跳闸率。介绍了接地模块的特点：接的（500mm×地电阻值能在相当长的时间内保持不变,对环境无污染;技术参数和构造：长方形400mm×50mm）电阻率〈4Ω·m,圆棒形的（直径200mm,长1000m）电阻率〈4Ω·m;给出了两种采用接地模块降低杆塔接地电阻的方案及施工要求：一种为处在山地、丘陵,土壤率为200～700Ω·m的铁塔或水泥杆塔,一种为处在山地、丘陵,土壤中没有石头,土壤电阻率〈500Ω·m的铁塔或水泥杆塔。     

石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性研究

石墨基柔性接地材料因具有化学性质稳定、耐腐蚀性优异、与土壤相容性较好等优点被应用在输电线路杆塔接地体中,但是其在应用时的适应性必须依据输电线路的输送能量、杆塔位置和运行环境确定.本文通过建立不同输电线路杆塔接地装置的有限元仿真模型,计算相应的接地电阻;根据接地电阻值,采用ATP-EMTP软件,计算接地短路及雷电冲击大电流下流过接地装置的电流和温升,从接地电阻和工频短路电流,以及雷电冲击大电流下的温升两个方面,研究石墨基柔性接地装置在输电线路中的适用性.研究结果表明,规程要求的工频接地电阻满足输电线路杆塔接地电阻的要求,但是特高压输电线路发生单相接地短路故障时,保护拒动会使接地装置的温升超过限值.