特高压交流输电线路杆塔雷击瞬态宽频建模及雷电反击防护技术研究

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特高压输电具有输送容量大、输送距离远、线路损耗低、相对占地面积小等优点,深入特高压输电的研究对我国电力工业发展具有极其重要的意义。与较低电压等级输电线路相比,特高压输电线路杆塔高度更高,其引雷面积也更大。国内外运行经验均表明雷击是造成特高压输电线路跳闸故障的最主要原因。而目前被广泛应用于防雷分析的杆塔雷击瞬态模型均存在着一些不足,不利于实现对特高压输电线路雷电反击问题的准确分析与防护。因此深入开展输电线路雷击杆塔宽频建模与电磁瞬态分析的相关研究具有重要意义。本文搭建了输电线路雷击杆塔瞬态宽频宏模型,并据此模型对特高压交流输电线路雷电反击过电压进行了计算和分析,提出特高压输电线路雷电反击防护措施建议。本文主要工作有以下几点:(1)基于缩比杆塔试验搭建特高压输电线路雷击杆塔电磁瞬态三维模型,研究了杆塔建模方式、接地体结构以及雷电流波形等不同因素对杆塔冲击特性的影响,重点分析了钢筋混凝土桩基在杆塔接地系统中所起自然接地作用及影响因素;(2)基于矢量匹配法与网络函数性质建立雷击杆塔瞬态宽频宏模型,通过缩比杆塔模型试验平台验证了该瞬态宽频模型与目前常用的杆塔建模方式相比,应用于特高压输电线路雷击电磁瞬态计算时的优越性;(3)基于本文所得杆塔宽频瞬态模型对特高压输电线路雷击瞬态特性展开研究,以川渝特高压交流输电工程为例对提升输电线路反击防雷性能提出雷电防护措施。研究结果表明:(1)多波阻抗模型会造成杆塔过电压幅值计算值偏高而无法准确评估反击耐雷性能,不利于合理配置防雷方案;而本文所建雷击杆塔瞬态宽频宏模型可以更好反应特高压输电线路杆塔的雷电冲击特性,应用于特高压输电线路防雷计算可有效提升计算精度。(2)呼称高度与雷电流波形对杆塔塔顶电位升与频域响应影响较大;土壤电阻率对杆塔塔顶电位升幅值影响较小,其大小主要影响了杆塔散流能力,土壤电阻率越高,杆塔散流性能越差。(3)在高土壤电阻率地区,杆塔基础作为自然接地体具有较强散流能力,能显著提升杆塔接地性能。在土壤电阻率为1000Ω·m地区,四桩基式结构自然接地体在桩基长度为25m配置下则可满足特高压输电线路对于接地电阻的要求。(4)对易于发生雷击事故的部分杆塔通过单相加装线路避雷器即可有效提高线路耐雷性能,但其保护范围一般只限于本基杆塔,对相邻基杆塔几乎无防护效果。论文研究结果可为特高压输电线路防雷工作提供参考,具有一定的工程实际价值。
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