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【6h】

冲击电压下输电线路杆塔雷击暂态特性仿真与试验研究

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第1 章绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外研究现状

1.2.1 杆塔计算模型研究现状

1.2.2 试验研究现状

1.3 本文主要工作

第2 章基于有限元法计算杆塔波阻抗及多波阻抗模型建立

2.1 三维电磁场理论分析

2.2 基于有限元法的杆塔波阻抗计算模型

2.2.1 几何模型构建

2.2.2 杆塔电场有限元分析

2.2.3 杆塔磁场有限元分析

2.2.4 计算结果

2.2.5 基于比例模型实验的杆塔波阻抗模型验证

2.3 基于有限元法的杆塔多波阻抗模型建立

2.3.1 杆塔主体波阻抗计算

2.3.2 横担波阻抗计算

2.3.3 伞型铁塔雷击过电压计算

2.3.4 基于比例模型实验的多波阻抗模型验证

2.4 高杆塔主体精细化的多波阻抗模型

2.5 本章小结

第3 章基于比例模型的输电线路雷击过电压特性研究

3.1 现场试验方案及试验设备

3.1.1 现场试验方案

3.1.2 试验设备

3.2 试验场地周边参数测试

3.2.1 土壤电阻率测试

3.2.2 工频接地电阻测试

3.2.3 冲击接地电阻测试

3.3 比例杆塔雷击过电压特性试验与分析

3.3.1 不同接地电阻下单基杆塔雷击试验与分析

3.3.2 绝缘子闪络试验与分析

3.3.3 避雷线数目对绝缘子闪络的影响研究

3.3.4 接地电阻及避雷线数目对过电压的影响研究

3.4 本章小结

第4 章输电线路杆塔雷击暂态特性研究

4.1 冲击电流对杆塔雷电暂态特性的影响研究

4.1.1 典型雷电流下杆塔暂态电压计算

4.1.2 波头时间对杆塔暂态电压影响研究

4.1.3 半波时间对杆塔暂态电压影响研究

4.2 横担结构对杆塔暂态电压的影响分析

4.2.1 横担长度

4.2.2 横担等效半径

4.2.3 横担布置形式

4.3 主体结构对主体波阻抗及杆塔暂态电压影响分析

4.3.1 塔身上下口尺寸

4.3.2 杆塔呼高

4.3.3 斜材型式及疏密程度

4.4 双回输电线路暂态特性影响因素分析

4.4.1 典型110kV双回线路暂态电压、电流分布计算

4.4.2 不同电流波形下暂态电流分布研究

4.4.3 不同档距下暂态电流分布研究

4.4.4 不同接地电阻下暂态电流分布研究

4.5 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果

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摘要

尽管我国大多数输电线路杆塔接地电阻已满足规程要求,且不少线路装有防雷装置,但雷击引起的线路故障仍是困扰电力部门的一大难题。随着我国电力事业的迅猛发展,线路规模和等级逐年增长,线路防雷问题日益严峻。因此对雷击输电线路进行仿真计算及现场试验,有助于获取雷电流作用下杆塔、避雷线及相线上的暂态响应,为线路防雷工程提供防雷关键参数。  本文首先结合电磁场理论及有限元方法,搭建了能够考虑复杂杆塔结构的杆塔波阻抗计算模型,分别求取其电场能量和磁场能量,由此计算出杆塔波阻抗,并通过比例杆塔实验进行验证,误差在15%以内;以此模型为基础,在电场、磁场模块中分块求取杆塔不同位置所对应的电磁场能量,再计算出不同位置波阻抗,由此提出基于有限元法的输电杆塔多波阻抗模型,同样采用比例实验进行了验证,误差在15%以内,证明了模型的有效性,该模型在后续比例杆塔及真型杆塔暂态特性研究中均得到应用。  然后研究了基于比例杆塔的输电线路雷击过电压特性现场试验方案,按缩小比例11.5∶1搭建了典型110kV伞型铁塔的比例模型,开展了大量比例杆塔的冲击试验,探究了接地电阻、避雷线数目、绝缘子闪络等因素对比例杆塔雷击过电压特性的影响,并搭建比例杆塔的仿真模型进行对比分析。  最后在EMTP软件中搭建了杆塔雷击暂态模型,分析了电流波形、横担结构及布置形式对杆塔雷击暂态特性的影响;考虑塔身上下口尺寸、呼高、斜材型式及疏密程度等主体结构因素,绘制了大量杆塔主体几何模型,分别在基于有限元法的杆塔波阻抗及多波阻抗模型中进行仿真计算,分析了主体结构对主体波阻抗及杆塔暂态电压的影响,并给出了杆塔防雷、选型及设计相关的建议;搭建了典型110kV双回线路雷击暂态模型,分析了在电流波形、档距、接地电阻等因素的影响下暂态电流分布的变化规律。

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