基于改进EGM的±800 kV输电雷电屏蔽性能优化配置研究

特高压直流输电线路沿途地形复杂、雷电活动差异大,雷电绕击已成为其安全运行的首要威胁。建立了一种综合考虑导线工作电压、风速、杆塔高度、地面倾斜角、地线保护角等因素的改进电气几何模型,开展了杆塔地面倾斜角与输电线路雷电屏蔽影响因素间优化配置关系的研究,仿真计算了±800 k V直流输电线路雷电屏蔽失效率及绕击闪络率。计算结果表明:不同地面倾斜角下导线电压极性、杆塔高度、风速、避雷线保护角对线路雷电屏蔽性能的影响存在差异,对于保护角,倾斜角不大于15°、保护角不大于10°或者倾斜角范围在15°～30°、保护角不大于-5°时,可满足地闪密度为6. 85次/km~2·a时±800 kV直流输电线路绕击闪络率不超过0. 197次/100 km·a的要求。     

特高压直流同塔混压输电线路绕击耐雷性能研究

特高压直流同塔混压输电线路可有效解决日益增长的电力需求和输电走廊资源紧缺的矛盾,准确评估其绕击耐雷性能,对线路设计和施工具有重要参考价值。基于电气几何模型计算绕击跳闸率,考虑了导地线、大地的相互屏蔽效应、地面倾角、雷电入射角和工作电压等因素的影响,并通过算例进行了分析验证,研究了特高压直流同塔混压输电线路的绕击耐雷性能及其影响因素。同时应用该模型对800 kV直流单回线路和500 kV直流同塔双回线路的绕击耐雷性能进行了研究对比,得出了特高压直流同塔混压输电线路绕击耐雷性能的特点。结果表明:500 kV线路的绕击耐雷性能优于800 kV线路;特高压直流同塔混压输电线路绕击耐雷性能与800 kV直流单回输电线路绕击耐雷性能近似相同,但比500 kV直流同塔双回输电线路绕击耐雷性能差。     

±500kV直流输电线路耐雷性能研究

直流架空输电线路的耐雷特性不同于交流系统,特高压直流输电线路杆塔高、跨度大,且工作电压幅值、极性不变,使得雷击直流高压输电线路的概率增大,有必要对直流架空输电线路耐雷性能进行研究。针对近年来葛南±500 kV直流输电线路多发的雷击故障,以葛南±500 kV直流单、双回架空输电线路为工程背景,采用ATP-EMTP和电气几何模型法分别对线路的反击和绕击耐雷性能进行了仿真计算研究,并与交流输电线路耐雷性能进行了分析比较。研究表明:±500 kV直流输电线路的雷电绕击跳闸率远高于反击跳闸率;工作电压对雷电先导发展、建弧率以及导线绕击距的影响比交流更大,使得直流输电线路正极性导线的雷击跳闸率高于负极性。     

±1100kV特高压直流换流站直流场雷电侵入波过电压研究

目前±1 100 kV特高压直流系统还没有工程实际,但直流电压由±800 kV提高到±1100 kV后,±1 100 kV直流换流站直流场防雷可能会面临一些新问题。例如线路进线段杆塔比±800 kV更高,绕击和反击电流会更大,导致直流换流站直流场雷电侵入波过电压也会更高,而受设备制造、运输能力和高度的限制,换流站设备的内外绝缘水平并不是按比例线性增大的,这样对±1 100 kV直流换流站直流场的避雷器布置和保护水平提出了更严格的要求。本文依托准东-重庆±1 100 kV直流输电工程,计算工程中换流站直流场的雷电侵入波过电压,对今后±1 100 kV直流工程提供了设计依据。     

酒湖线湖南段特高压直流输电线路耐雷性能分析

酒湖线±800 kV特高压直流线路湖南段沿线路段地理复杂,属于雷暴频发区域,线路良好的耐雷性能是安全可靠运行的基础。本文基于ATP-EMTP软件,搭建了酒湖线特高压杆塔多段波阻抗模型,基于相交法的绝缘子闪络模型,以及考虑火花效应的接地电阻模型,构建了酒湖线特高压线路反击耐雷模型,分析了湖南段线路反击耐雷性能。利用电气几何法与规程法相结合,计算了绕击闪络率。研究表明:减小接地电阻和降低杆塔呼高以及提高线路绝缘水平,有利于提高特高压直流输电线路反击耐雷水平;采用负保护角有利于提高特高压直流线路绕击耐雷性能。     

500kV双回路直线转角塔输电线路的防雷保护分析

针对江苏省的典型500kV双回直线转角塔输电线路,杆塔型号为SZJ1、SZJ2和SZJ16,采用电气几何模型,分析杆塔呼高和绝缘子串偏角对直线转角塔输电线路绕击耐雷性能影响。计算结果表明,随着杆塔的呼高增加,直线转角塔输电线路的绕击跳闸率逐渐增大;随着绝缘子串偏角的增加,SZJ1和SZJ16直线转角塔输电线路的绕击跳闸率逐渐增大,而SZJ2直线转角塔输电线路的绕击跳闸率先降低后增加,在40°左右达到最小值;SZJ1和SZJ16直线转角塔输电线路的绕击跳闸风险降低,SZJ2直线转角塔输电线路的绕击跳闸风险较高。选取江苏省500kV兴斗5294线的56号杆塔(SZJ2型)处输电线路进行仿真计算,结果表明56号杆塔的内侧中相导线最易遭受雷电绕击,绕击跳闸率最高,与实际运行经验比较符合。通过分析减小保护角对SZJ2直线转角塔线路绕击耐雷性能的影响,给出不同高度直线转角塔线路所需采用的保护角推荐值。     

高压输电线路绕击跳闸率的研究

基于改进电气几何模型并充分考虑了雷击避雷线与大地的不同,引入击距系数。提出了利用暴露距离计算线路绕击跳闸率,以500 kV输电线路为例,采用该方法计算绕击跳闸率比规程法计算更准确。并且结合实例研究分析了输电线路避雷线保护角和导线高度、地面倾角、线路绝缘强度对绕击跳闸率的影响。结果表明绕击跳闸率与保护角、地面倾角、杆塔高度有关,随着保护角、地面倾角、杆塔高度的增加而增加,当避雷线保护角为-6.24°时,绕击闪络率从0.213 5(100 km·a)-1降到0。     

特高压直流同塔混压输电线路耐雷性能研究

特高压直流同塔混压输电线路可有效解决日益增长的电力需求和输电走廊资源紧缺的矛盾,研究其耐雷性能具有重要意义。基于电磁暂态程序EMTP-ATP,提出了模拟绝缘子闪络过程的相交法绝缘闪络判据,并通过算例进行了分析验证,研究了两种不同塔型的反击耐雷性能及其影响因素。利用改进电气几何模型对不同塔型和不同线路的绕击耐雷性能进行了研究。与±800 kV直流单回线路和±500 kV直流双回线路进行对比,得出了特高压直流同塔混压输电线路反击和绕击耐雷性能的特点。结果表明:500 kV线路是特高压直流同塔混压双回线路的反击薄弱所在,需进行重点防护;而500 kV线路的绕击耐雷性能则优于800 kV线路;与导线一字型布置的杆塔相比,特高压直流同塔混压输电线路推荐采用导线干字型布置的杆塔。     

基于先导法的同塔混压输电线路绕击耐雷性能

为准确评估500 k V/220 k V同塔混压四回输电线路的耐雷性能,,采用先导法研究了500 k V/220 k V同塔混压输电线路的绕击耐雷性能。以SZ600直线塔为例,计算了输电线路的绕击跳闸率,分析了杆塔高度、保护角和地面倾角等因素对该线路绕击耐雷性能的影响。仿真结果表明:雷电绕击主要发生在500 k V线路最上方的导线上;杆塔高度增加、地面倾角增大,线路的绕击跳闸率均会增大;随着保护角的减小,500 k V双回路的绕击跳闸率明显减小,220 k V双回路的绕击跳闸率变化不大;发生绕击的最大雷电流幅值随着侧面距离的增大而增大,在某一侧面距离下,只有一定范围内的雷电流幅值能够绕击导线。对线路绕击耐雷性能的改进提出一些建议,为同塔四回线路的设计和架设提供参考。     

基于ATP-EMTP的交直流同塔多回输电线路耐雷性能分析

电网规模的扩大,已面临着输电线路走廊资源以及基础设施造价高的问题。近年来提出的交直流线路同塔多回架设的输电方式,成为了一种节约资源的选择。然而这种同塔混合多回输电线路的耐雷特性尚需进一步研究以确保输电安全。基于电磁暂态仿真软件ATP-EMTP,搭建了±800 kV/500 kV交直流同塔多回输电线路的仿真模型,分析在不同接地电阻以及杆塔高度情况下的反击耐雷水平,与单独架设的±800 kV直流线路以及500 kV交流线路进行对比;采用改进EGM和EMTP相结合,计算了交直流同塔多回输电线路的绕击跳闸率,根据仿真计算结果,提出了提高交直流同塔多回输电线路的耐雷水平的措施;降低接地电阻或者降低杆塔高度都能提高线路的反击耐雷水平; 500 kV上层外侧导线的绕击跳闸率最高,建议针对此条线路加强绝缘。     

基于电网可靠性的输电线路雷击评估方法

针对电力系统的防雷保护着重于降低闪络率、仅通过电压等级进行区分、不考虑输电线路之间的功能差异、缺乏对电网可靠性影响的分析,从而导致一般输电线路的防雷设计过剩但对关键线路不足的问题,提出了基于电网可靠性的输电线路雷击评估方法.首先利用全波过程理论分析雷电绕击,采用先导发展模型描述传输线屏蔽失效的过程,提出了电网可靠性指标,并详细讨论了输电线路故障对电力系统可靠性的影响.通过指标系统计算了某市夏季雷击时电网可靠性,计算与分析结果表明,500 kV线路屏蔽故障跳闸率远高于绕击跳闸率,220 kV输电线路屏蔽故障跳闸率类似于绕击跳闸率,而110 kV输电线路绕击跳闸率则相对较高.     

输电线路工作电压对线路绕击概率的影响研究

绕击是造成输电线路故障的主要原因之一,输电线路的绕击率受地形、塔形、落雷密度和线路工作电压等多种因素影响,其中关于线路工作电压对输电线路绕击概率的影响,国内外学者并未得到统一结论。为探究输电线路工作电压对输电线路绕击概率的影响机理,在已有学者展开的缩比放电试验的基础上,采用电磁场仿真软件对已有的试验模型进行静电场仿真,并结合其试验结果及现象对输电线路工作电压对线路绕击概率的影响进行分析。仿真结果表明:当雷电先导为负极性时,输电线路上正极性工作电压的存在显著地增加输电导线上的电场强度,在雷电先导电压的升高过程中,甚至会出现导线上电场强度大于避雷线上电场强度的阶段。当考虑导线的工作电压时,在高压电极电压升高的前期过程中,导线表面的电场强度大于避雷线表面的电场强度,这使得导线表面更易于起始迎面流注,从而使避雷线屏蔽效果减弱,线路绕击概率增加。     

±400kV柴拉直流线路雷害风险评估及治理策略研究

基于线路自身参数、海量雷电监测数据及高精度地形地貌参数,综合改进后的电气几何模型及ATP/EMTP方法,完成±400kV直流输电线路绕、反击跳闸率计算,结合跳闸率指标实现线路雷害风险评估。利用线路坐标、合理划分网格,获取各基杆塔实际地闪密度值;以杆塔为单位挖掘度地形地貌信息,计算获得针对导线侧的地面倾角值;利用改进后的电气几何模型方法,基于线路自身参数搭建ATP/EMTP仿真模型,计算线路最小绕击耐雷水平及反击耐雷水平;结合雷电流入射角及导线侧地面倾角值,获得极I、极II最大绕击耐雷水平;以杆塔实际地闪密度值及绕、反击耐雷水平为基础,计算青海±400kV柴拉直流输电线路杆塔绕击(极I、极II)、反击雷击跳闸率,并结合实际跳闸率指标,实现线路逐基杆塔的雷害风险评估,并根据线路特性提出针对性的治理策略,实现柴拉直流防雷有效治理。     

地形对输电线路最大绕击雷电流的影响

输电线路所处地形对最大绕击雷电流有着较大的影响,对改进的电气几何模型(EGM)中的导线高度和避雷线高度取值进行了重新定义,采用输电线路导线和避雷线任意点的对地高度取代原电气几何模型中的平均高度,以500 kV输电线路为例进行计算,计算结果表明,采用这种办法能够结合输电走廊地形情况区分出易击塔;当杆塔两侧均有山谷时,最大绕击雷电流增加,该基杆塔绕击引起闪络的可能性增大;最大绕击雷电流随着地面倾角的增大而减小,如果二者绝对值相等,地面倾角为负时的绕击雷电流更大。     

±800kV直流线路避雷器关键技术参数设计及防雷效果分析

为提高特高压直流输电线路的防雷保护水平,借鉴了±500 k V直流线路避雷器的设计经验,并结合实际线路运行情况,设计计算了±800 k V直流线路避雷器关键技术参数。最后,通过仿真计算分析,从理论上考察了所设计的线路避雷器对特高压输电线路的防护效果及吸收能量情况。依据研究结果,提出了特高压直流线路避雷器额定电压为为960 k V,避雷器雷电冲击50%电压取值2 900 k V,标称放电电流为30 k A,外串间隙距离最大为2.0 m。仿真结果表明,所设计的避雷器能够显著提高杆塔反击和绕击耐雷水平,可靠保护该基杆塔,雷击极端情况下其通流容量为3.645 MJ,避雷器通过最大雷电流为72.3 k A。     

直流输电线路防雷侧针防护效果研究

随着电力系统电压等级的不断提高,雷电绕击成为高压及以上输电线路雷击跳闸故障的主要因素,且山区高压输电线路绕击更为严重。防雷电绕击侧针是对高压及以上电压等级输电线路绕击雷防护的改进措施。以某500 kV直流输电线路为例,分析并比较了一基G1型杆塔附近15~30 m范围内安装防绕击侧针前后,线路绕击率及绕击跳闸率的变化情况。基于电气几何模型计算了防绕击侧针对最大绕击雷电流幅值的影响。通过定量分析发现,防绕击侧针安装以后明显降低了高压线路绕击率及跳闸率,且在降低高压输电线路的绕击雷电流幅值同时,起到将绕击雷转变为高压系统可以承受的反击雷的目的。可见安装防绕击侧针作为已投运的高压及以上电压等级输电线路的防雷改造措施,具有较好的实用性。     

特高压直流输电线路雷电绕击影响因素研究

雷电是一种发生频繁且对电力系统危害极大的自然现象,特高压直流输电线路每年由于雷电绕击而引发的跳闸事故时有发生。针对该问题,本文基于接闪过程中上行先导发展原理,建立利用感应电压分析先导发展过程的先导发展模型,通过仿真分析研究特高压流输电线路上行先导相互作用、保护角、工作电压以及地形因素对整个雷电接闪过程的影响,并对各个影响因素的物理机理和作用过程进行具体分析。结果表明,与忽略各个影响因素的情况相比较,计及各个影响因素时的雷电绕击点、接闪路径以及绕击闪络率将有显著差异,特高压直流输电线路雷电绕击影响因素研究对于输电线路的防雷设计和选址具有一定的参考意义。     

基于改进电气几何模型的某500kV山区输电线路差异化防雷改造

雷电是造成高压输电线路故障的重要原因,为确保输电线路的安全可靠运行,准确评估线路耐雷性能具有实际意义。从绕击计算模型等方面出发,综合考虑地面倾角、雷电入射角等影响,采用了改进的电气几何模型来进行防雷评估计算。并对500 kV山区输电线路进行差异化防雷改造,首先统计该输电线路的雷电、地形地貌、杆塔等参数,基于改进的电气几何模型逐基杆塔计算绕击跳闸率,评估雷害风险等级及耐雷性能,根据评估结果有针对性的选择防雷措施进行防雷改造,为保证供电的安全可靠,提高防雷改造的经济性奠定了基础。     

考虑雷电入射角后电气几何模型的改进

电气几何模型法是计算输电线路绕击率的有效方法之一。传统的电气几何模型法未考虑雷击入射角方向,直接假定雷击的方向为竖直向下,通过求出电气几何模型中保护弧、暴露弧在水平面上的投影最后得出绕击率。为更接近于实际,假定雷击入射角在一个平面内进行变化,首先在每个特定的雷击入射角下将保护弧、暴露弧分别在垂直于雷击入射角的方向上进行投影,通过计算求出与特定入射角对应情况下的绕击率,再将雷电入射角的概率和某一入射角下对应的绕击率综合考虑,得出考虑雷击入射角概率后绕击率的计算式;并以某平原500 kV交流输电线路为例,计算了雷电流为22 kA,考虑入射角φ(0～π/2)概率后绕击率为9.97%。改进后的计算方法更能反应雷击的实际情况,加强了输电线路屏蔽性能的研究。     

雷电参数与地形结合的输电线路绕击闪络率计算

雷击是输电线路非计划停运的主要原因,对于500 kV以上线路,绕击是雷击的主要类型。目前在绕击计算中,线路的雷电活动情况和地形地貌对绕击性能的影响没有得到很好的结合,为此,给出一种线路雷电参数与地形相结合的线路绕击跳闸率计算方法。首先以一档线路为基准,距线路中心及两端杆塔距离为d的范围为杆塔雷电参数统计区域,得到杆塔的落雷密度,以距线路走廊中心及两端杆塔距离为d的范围内为统计区域,得到雷电流幅值概率密度;再次以近似相等的距离将线路走廊离散化,得到垂直线路走廊方向的辅助点,根据离散点与辅助点之间的高差与距离,得到绕击计算的地面倾角;最后对电气几何模型进行改进,得到雷电参数与地形相结合的输电线路绕击计算方法。该方法更能反映输电线路的实际情况,可为差异化防雷服务。