基于微观冲击电晕模型的架空输电线路雷电波传播特性仿真研究

作     者：于娟 

作者单位：重庆大学 

学位级别：硕士

导师姓名：杜林

授予年度：2016年

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 

主      题：架空输电线路 冲击电晕 混合数值算法 传播特性 

摘      要：架空输电线路是电网的重要组成部分,而雷击是造成输电线路故障的主要原因,对电网的安全可靠运行带来威胁。雷电过电压可能造成绝缘子闪络、跳闸等线路故障,尤其在路途险恶的山区,给线路巡查和检修工作带来极大困难;雷电侵入波还可能损坏变电站内的电气设备,带来更严重的设备事故。雷电波沿线路传播时将出现衰减和变形现象,而冲击电晕是导致其波形畸变的主要原因。在进行线路和变电站的防雷设计时,若不考虑冲击电晕的畸变作用,将因绝缘水平要求过高而提高设备成本。因此,研究雷电波的传播特性对于绝缘水平的设定与绝缘配合的改善十分必要。本文从电晕放电的发展过程着手,考虑空间电荷的电离、迁移、复合、附着、扩散等物理过程,改进了雷电波作用下电晕放电的二维混合数值计算模型,采用由优化模拟电荷法求解人工边界标称电场,由有限元法求解泊松方程和由有限体积法求解电子、正负离子连续性方程的计算方式,分析电晕放电过程中空间电荷对导线周围空间电场的畸变作用、导线表面的电晕电流特性,以及空间电荷对雷电波电荷损失的影响。基于对模型计算结果与电晕放电过程中电荷的产生与迁移过程的分析,本文建立了由若干电容、电阻支路与非线性电导支路并联组成的冲击电晕等值电路模型,并结合伏库特性,计算得出了模型参数。通过对雷电波传播过程中电荷产生与耗散的分析,结合电晕等值电路模型,本文建立了雷电波作用下输电线路的集中参数电路模型,并基于该线路模型提出了一种架空输电线路雷电波传播特性的分析方法,即将雷电波的传播过程等效为空间上电压瞬时值的衰减与时间上波形的延迟两部分的叠加,运用该方法分析了雷电波传播过程中的畸变规律,以及雷电波极性、波头时间和导线参数等对雷电波传播过程的影响。同时,该分析方法的有效性通过与文献中的试验波形对比得到了证实。