架空輸電線路雷電監(jiān)測及雷擊桿塔暫態(tài)特性分析.pdf

1、雷擊是輸電線路可靠運行的主要危害。隨著輸電線路電壓等級越來越高，輸電線路上桿塔的高度也越來越高，因此增加了雷擊輸電線路和桿塔的概率。鑒于目前對架空輸電線路雷電監(jiān)測缺乏有效的手段和對雷擊桿塔的沖擊響應(yīng)缺乏合理的理論分析，因此對架空輸電線路進行雷電監(jiān)測和對雷擊桿塔的暫態(tài)特性進行分析，為輸電線路及桿塔防雷提供科學(xué)依據(jù)及指導(dǎo)具有重要的科學(xué)意義和工程應(yīng)用價值。
　?、贋榱藢崟r在線監(jiān)測輸電線路過電壓及雷擊桿塔電流，本文提出并搭建了一套輸電線路

2、過電壓及雷擊桿塔電流在線監(jiān)測系統(tǒng)。該在線監(jiān)測系統(tǒng)由過電壓傳感器、電流傳感器、嵌入式監(jiān)控裝置和監(jiān)控主機四部分組成。其中過電壓傳感器利用電容分壓原理，采用線板模型和串聯(lián)法計算了過電壓傳感器的高壓臂電容，得到線板電容計算公式，通過仿真和試驗，驗證了該串聯(lián)電容計算法的準確性。同時優(yōu)化了過電壓傳感器的結(jié)構(gòu)，通過試驗驗證了該過電壓傳感器的測量性能。并對影響該過電壓傳感器測量精度的各種因素如相間耦合、電暈、溫度、濕度、污穢、桿塔等進行分析。嵌入式監(jiān)控

3、裝置采取模塊化設(shè)計，由模擬前置通道、采集模塊、監(jiān)控模塊和無線通信模塊四部分構(gòu)成，采集模塊采用CPLD作為控制芯片，用來實現(xiàn)信號的高速采樣，監(jiān)控模塊采用ARM處理器，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲。并詳細介紹了各模塊的組成結(jié)構(gòu)。對該在線監(jiān)測系統(tǒng)進行試驗，試驗結(jié)果表明：該傳感器有較好的測量精度；嵌入式監(jiān)控裝置能夠正常采集信號，并且能夠與監(jiān)控主機進行快速通訊。
　　②為了識別反擊和繞擊兩種雷電過電壓，本文提出并搭建了一套輸電線路電流行波在線監(jiān)測系統(tǒng)對

4、輸電線路電流行波進行在線監(jiān)測，該在線監(jiān)測系統(tǒng)利用帶氣隙的線圈從輸電線路上感應(yīng)取能，并通過電源管理單元和充電管理單元，將輸電線路上的電流轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的輸出電壓，為在線監(jiān)測系統(tǒng)供能。根據(jù)反擊，繞擊兩種雷電過電壓的波形特征，提出根據(jù)輸電線路電流行波的上升時間比來識別兩種雷電過電壓，并分析了該特征參量在工程應(yīng)用中可能受到的干擾因素及解決方法。
　?、劭紤]到雷電流在線監(jiān)測系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，供能困難，不利于大規(guī)模普及。本文提出并搭建了一套自供能雷電

5、流在線監(jiān)測系統(tǒng)。在雷電流通道上鉗套信號線圈和取能線圈，利用雷電流對監(jiān)測系統(tǒng)進行觸發(fā)、供能和信號采集，將雷電流的極性、峰值存儲在非易失存儲器中。通過理論計算與仿真分析，實現(xiàn)對信號線圈和取能線圈結(jié)構(gòu)、尺寸、線圈匝數(shù)等參數(shù)的合理選擇。在雷電流10～200kA范圍內(nèi)，信號線圈輸出電壓與被測雷電流成線性關(guān)系；通過信號調(diào)理電路，實現(xiàn)對正、負極性雷電流幅值信號的保持；取能線圈通過電磁感應(yīng)，從雷電通道攝取能量，經(jīng)過壓保護、整流、充電、穩(wěn)壓后，為雷電流監(jiān)

6、測系統(tǒng)提供滿足時間、電壓要求的供電電源。試驗結(jié)果表明該在線監(jiān)測系統(tǒng)能夠精確測量雷電流幅值，誤差小于4％，其電源供給能夠滿足監(jiān)測系統(tǒng)的能量需求。同時本文進行了單片機采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計。
　?、転榱藴蚀_地分析雷擊輸電線路桿塔時的波過程，研究了輸電線路桿塔波阻抗的建模方法。以高桿塔為研究對象，引入模塊化思想對桿塔結(jié)構(gòu)進行細化，以求更真實具體地反映桿塔的實際情況。本文對雷擊桿塔時的波過程作了以下研究分析：從電磁場的相關(guān)理論出發(fā)，結(jié)合桿塔

7、的實際結(jié)構(gòu)提出了桿塔新的等效阻抗模型的建立方法；在圓錐天線模型理論基礎(chǔ)上得到垂直單導(dǎo)體的等效阻抗；考慮桿塔主體四根垂直支柱的實際情況，引入修正系數(shù)得到垂直四導(dǎo)體系統(tǒng)的等效阻抗；搭建了橫擔(dān)的等效阻抗模型；分析斜材對桿塔主體的影響，搭建了斜材等效阻抗模型；將桿塔模塊化處理，得到桿塔阻抗隨高度變化的函數(shù)關(guān)系；對張家壩—長壽500kV輸電線路上的SZC3型直線塔建立了等效阻抗模型。基于搭建的桿塔等效波阻抗模型，在ATP中針對獨立桿塔及線路中桿塔