基于磁阻传感器的输电线路雷电流监测及反演方法的仿真研究

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电力系统中高压架空输电线路是非常重要的组成部分,其分布面积广,绵延数百甚至上千公里,极易遭受雷击。因雷击导致输电线路跳闸及设备损坏占事故首位,对电网安全造成极大危害,严重影响电力系统运行的稳定性、可靠性、安全性,带来巨大的经济损失。因而,增强输电线路的防雷针对性,提高输电线的防雷水平是亟待解决的科学技术问题。综合考虑输电线路的雷电参数和传播特征,进行雷电参数反演算法的研究,可以得到雷电流幅值、极性、频率等信息,为线路防雷工作提供更多的数据,为雷密区线路加强防雷保护措施提供理论依据。  本文在国内外架空输电线路雷电参数监测研究的基础上,介绍并改进了一款各向异性磁阻传感器,为获得更多雷电流数据,用ATP-EMTP仿真软件模拟雷电流模型,并建立了综合影响因素下的非线性有损传输线反演模型,提出了反演算法。  首先,介绍了各向异性磁阻传感器的基本原理,为了能更加深入的分析直击雷类型,在监测雷击架空输电线路引起的暂态电流行波时能够同时测量导线上的工频电流,设计了一款基于各向异性磁阻传感器的电流测量装置。为解决各向异性磁阻传感器若暴露在强磁场下会导致测量灵敏度下降的问题,本文添加了置位/复位电路。将该电流装置置于实验室构建的工频电流和雷电流的模拟环境中,对所设计的电流测量装置进行性能测试,测试结果满足要求。  其次,本文采用ATP-EMTP仿真软件,对装有暂态电流行波监测系统的实际输电线路建模并仿真。在设置仿真参数时,考虑到雷击架空输电线时避雷线对雷电有屏蔽效果,因而针对雷电绕击和雷击塔顶的不同情况分别选取不同的雷电流幅值范围,观察雷击架空输电线路后导线电流引发的物理过程,对不同雷击情况下三相导线电流的特点进行分析。  最后,通过算法模拟雷击架空输电线导线上的电流波形,建立非线性有损传输线反演模型,由仿真结果可知,该方法可以较好的模拟电流首端的激励波形,但难以恢复由电晕和集肤效应造成的波头幅值信息缺失。
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