一次多回击自然闪电引发的输电线路感应过电压特征分析

针对野外低压架空输电线路开展了过电压防护试验研究。通过一次典型的多回击自然闪电引起的过电压并结合闪电定位资料,对输电线路不同位置的入户端及采集器前端的过电压大小、采集器前端电涌保护器(surge protective device,SPD)残压特性及入户端L线过电压和闪电回击电流之间的关系进行了分析和探讨。通过分析发现:近距离的闪电能在架空输电线路上产生几kV的感应过电压,过电压持续时间平均约1.0 ms,采集器前端安装SPD动作后,较远的入户端过电压波形也会受其影响;采集器前端SPD动作残压持续时间平均约218μs,比标准8/20μs冲击波试验持续时间长;入户端感应过电压、回击电流与距离有很好的线性拟合关系。     

人工触发闪电引发的低压电源系统过电压特征

针对全国自动气象站采集器屡遭雷击致使不能正常业务运行的现象,开展了自动气象站电子设备电源系统雷电防护试验。利用人工触发闪电技术,对自动气象站采集器电源线路感应过电压进行了观测,对雷击造成的感应效应和采集器等电子设备的雷电防护关键技术进行了探讨。分析了多回击触发闪电引起输电线路的感应过电压特征、浪涌保护器(SPD)残压特征以及与触发闪电之间的关系。结果表明:近距离触发闪电的回击过程在架空线路上产生峰值达十几kV的双极性感应过电压,过电压可分为主峰值段和后续过电压两个阶段,其平均持续时间分别约100μs和4 ms,后续过电压持续时间与回击后连续电流的波动有关;在人工触发闪电的初始连续电流阶段也能感应>2 kV的过电压,且持续时间较长,过电压集中段时间约12 ms,平均电压332.5 V,其对输电线路造成的危害也不容忽视。SPD残压峰值与触发闪电电流峰值有较好的正相关关系,相关系数为0.86,SPD残压特性稳定,在一定程度上起到了限压泄流的作用。     

配线接地雷电感应过电压特征分析

为了解架空配电线路雷电感应过电压特征,以及穿过金属管埋地的防护措施对入侵过电压的实际衰减作用,对自然闪电发生时穿过金属管埋地前后的过电压波形进行了观测和分析。观测表明,穿过金属管埋地约50 m后过电压的波形特征基本没有变化,但其幅值有了一定的衰减。衰减效能主要与闪电的距离有关,当闪电离观测点距离约1 km时,衰减比例约20%。衰减比例随着距离的增加而降低,3～7 km的闪电衰减比例平均约为6%,衰减比例还与闪电不同的方位有关。     

共用地网地电位升高观测及特征分析

地电位反击造成设备的损坏和人员生命安全是非常值得关注的问题。基于人工触发闪电,布置了共用地网的试验模型,通过引流杆注入真实雷电流,测量了共用接地情况下接地体的地电位升高电压,并对比分析了闪电回击和M分量放电过程引起地电位升高电压的波形特征。结果表明:获得触发闪电(T201514)7次回击和16次M分量上升沿10%~90%时间分别为0.4μs和279.7μs,半峰宽度的平均值分别为14.8μs和434.7μs。地电位升高电压波形的上升陡度和半峰宽度相对于回击都更大,将电压波形上升陡度和半峰宽度分别与电流波形的参数相比得到比值为14.0和2.7。M分量电压和电流波形相似,电压波形和电流波形对应参数的比值分别为0.8和1.1。触发闪电回击和M分量峰值的平均值分别为–19.1 k A和–1.3 k A,回击以及M分量的峰值和引起的地电位升高电压峰值有很好的线性拟合关系。将电压峰值和电流峰值相比得到等效接地电阻,雷电流的等效接地电阻明显小于回击。     

雷电压及雷电流组合测量技术研究

在国内外．雷击事故严重威胁到电网的安全。对输电线路上雷电流和雷电压波形的测量系统进行研究,对电网防雷具有重要意义。研究了直接测量高压输电线路上雷电流和雷电压波形的组合测量传感器。其电流传感器采用自积分Rogowski圈;电压传感器采用自积分式电容分压器的原理,使用Rogowski圈的铝屏蔽壳作为高压臂电容的极板。8／20μs的标准雷电流和上升时间250rls的冲击电流试验表明,本文研制Rogowski线圈具有较好的频率响应特性和稳定的较小的灵敏度。冲击电压试验表明,所研制的电压传感器可较为准确地测量0．5／49μs和1．2／66μs冲击电压波形。该组合测量技术符合雷电测量要求。     

基于人工触发闪电的风力发电机组雷电能量耦合试验研究

为了研究风力发电机组与雷电能量的耦合特征,在中国气象局广州野外雷电试验基地设计开展了试验研究。2011年7月30日的一次人工触发闪电试验中,测量得到了触发闪电电流和风机塔筒内的感应电压及感应电流。此次试验测得的触发闪电电流为衰减振荡波形的先驱脉冲电流,通过分析可知,先驱脉冲电流各个脉冲的幅值达到了850～1 162.5 A;频谱为一单峰曲线,幅值呈单调快速增加趋势,在频率为351.875 kHz处幅值达到峰值,随后幅值呈单调快速衰减趋势,先驱脉冲电流能量主要集中在0～800 kHz低频段内。风机塔筒内发电机相线L_2上感应电压峰值达到-8.876 kV,控制线CL上测得的感应电压峰值达到2.39 kV,发电机相线L_1—L_3回路测得的感应电流峰值达到1.118 kA,双绞方式敷设的回路上感应电流的峰值仅为-60.55 A。风机周围发生闪电时,风机塔筒内部电子电气线路上产生的感应电压和感应电流已经超过了终端设备的耐受水平,可能会造成其损坏。高磁导率材料可对低频段闪电磁场进行屏蔽。双绞布线方式可以最大程度降低信号线路对雷电能量的耦合。     

10kV运行配电线路雷电感应过电压波形在线监测

雷电感应过电压是造成配电网故障的重要原因之一,针对雷电感应过电压波形特征不清晰的问题,作者采用过电压在线监测系统,对实际运行的佛山10kV富油甲线雷电感应过电压波形进行观测,根据波形特征给出了过电压的波形参数。结果表明,配电线路各相感应电压叠加在运行电压波形上,不同相上感应过电压与对应的回击电流在幅度、时间间隔和波形上都存在同时性,该线路观测的雷电感应电压波形表现为波头时间短、后续发生双极性高频振荡并逐渐转变为低频振荡的波形特点,首次回击感应过电压幅值大于后续回击过电压幅值,首次回击过电压的波头时间比后续过电压长,观测结果对于配电线路雷电保护具有重要意义。     

慢前沿冲击电流与放电通道光强度关系研究

采用冲击电流发生器对15 mm石墨棒状放电间隙放电,产生具有慢上升前沿的衰减振荡冲击电流波形,涉及4组电流共67个脉冲,含17个首次脉冲及50个后续脉冲,其峰值1.9~27.0 kA,10%~90%上升时间3.3~18.8μs,半峰宽度7.8~47.8μs。同步测量了石墨棒状放电间隙通道电流与光强度波形,开展了冲击电流与通道光强度特征参数关系研究。结果发现,放电通道光辐射强度信号与冲击电流信号波形特征类似。光强峰值与电流峰值之间呈显著的线性关系,电流与光强波形的10%~90%上升时间之间以及半峰宽度之间线性相关,电流转移电荷量与光强-时间积分也呈现明显的线性相关性。相比首次脉冲分量,后续脉冲的光辐射强度波形在上升阶段及下降阶段能更好地跟随电流波形,光辐射强度波形滞后于对应冲击电流波形,时延与电流10%~90%上升时间大致线性相关。高电压实验室试验研究得到的冲击电流与通道光强度关系与人工触发闪电M分量电流与通道光强度关系十分相似。     

火箭触发闪电的回击电流及电场特征分析

2019年夏季在广州开展了火箭引雷试验，成功地触发了14次闪电，总回击(RS)数达74次，平均回击数为5.3次，单次闪电的最大回击数为14次。该文对火箭引雷的回击电流及不同距离电场波形特征进行了分析。回击的间隔时间、峰值电流、10%～90%上升时间、半峰值宽度、1 ms转移电荷和1 ms作用积分的几何平均值分别为38.45 ms、12.38 kA、0.25μs、8.31μs、0.68C和2.12×10³A²·s，回击电流的转移电荷量和作用积分量均与回击峰值电流呈幂函数相关性。回击的先导电场强度峰值和回击电场强度峰值会随距离的增大而减小，而电场的10%～90%上升时间和半峰值宽度会随距离的增大而增大。回击电场强度峰值会随距离的增大而呈现出幂函数减小，且峰值电流与不同距离的先导电场强度峰值和回击电场峰值均呈现一定线性相关，距离越大，其线性拟合关系越好。     

一次触发闪电引起的SPD接地线电流特征分析

基于一次人工触发闪电,对架空配电线路上氧化锌避雷器（surge protective device,SPD）的接地线电流特征进行了分析。在分析时发现,近距离闪电发生时,架空线路耦合产生过电压引起的SPD接地线电流峰值达到-961.0 A,平均10%~90%上升时间为17.5 μs,平均半峰值时间为68.1 μs,与实验室标准测试波形有较大的差异。另外,仅由于雷电电磁脉冲产生感应过电压的冲击,SPD是不容易被损坏的。经相关性分析发现,回击引起SPD接地线电流参数与触发闪电10%~90%上升时间对应陡度有密切的关系,SPD接地线电流峰值、半峰值时间、中和电量以及单位电阻能量都与其有较好的线性相关,拟合优度R2分别为0.83、0.83、0.90及0.94。