配网架空线雷电感应过电压计算与闪络概率-研究

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1、华北电力大学硕士学位论文[4]工程模型，主要分为两大类，即传输线(TL)类型和传输电流源(TCS)类型。这些模型均有各自的特点。目前在架空线路感应雷过电压的计算中用得最多的是TL模型。TL模型认为闪电通道可以由一个无损传输线来描述，闪电回击电流以恒定速度向上沿着先导通道传播，且不会产生畸变。但是观测表明，在这种模型中，电流的幅度和波形随着通道[9]高度而变化，而且TL模型的缺点是没有考虑“雷电先导电荷”的中和。所以进一步考虑采用随指数衰减的改进传输线模型(MTLE)。在对雷电放电通道进行建模时，虽然雷电通道并不垂直于地面而总是表现出一定的曲

2、折，但由于雷电通道的曲折具有随机性，因此国内外文献在计算架空配电线路感应雷过电压时都把雷电放电通道简化为垂直[4,6]于地面的导线，按照天线理论对其进行分析。1.2.2雷电通道周围电磁场的计算雷电通道周围电磁场的理论计算需求解麦克斯韦(Maxwell)方程组。研究人员发现，雷电感应电场的垂直分量受大地影响不大，其可以利用将大地视为理想导体情况下的解[10]析公式进行求解。但雷电感应电场的水平分量受大地电导率影响严重，仍使用理想导[11]体情况下的公式进行计算无法取得正确结果，对其准确计算需用到Sommerfeld积分，但一方面由于这一求解过

3、程需要求解基本偶极子在多种频率下的Sommerfeld积分，另一方面由于Sommerfeld积分的收敛速度很慢，采用常规的数值积分将需要很长的时间。这[12]一问题被Zeddam和Degauque用雷电回击固定典型参数解决；当场点距雷电通道几千[13,14]米时，可以利用wavetilt公式进行计算。Cooray提出将地球表面阻抗应用在地平面[15]水平电场的估算中，并且他的公式在距雷电通道200m的场点仍然适用。Rubinstein补[16]充了Cooray的研究成果，并发展了估算地球表面水平电场的公式，给出了适用于近距离的、中距离的、远

4、距离的计算工程，这就是著名的Cooray-Rubinstein公式，现在广泛应用于电力系统和远程通信线路的雷电感应电压的估算中。Cooray提议修改早期的[17]Cooray-Rubinstein公式，以稍微提高水平电场的负峰值。最近，Shooryet.al.从特殊情[18]况推导出的早期Cooray-Rubinstein公式中发展了一个通用方程。从早期的Sommerfeld的研究到Shoory方程，绝大多数类型都是在频域中推导的，这就意味着该结果必须转换到时域中。这种频域固有特性方程给计算步骤带来了一些不便，例如他要求庞大的程序计算资源和

5、数据存储器，由对雷电电流无限频谱分析截断决定的引入误差，即人们常说的“频谱混迭失真”，Baba和Rakov利用时域有限差分法直接求解Maxwell方程[19]，该方法可以方便的考虑大地电导率，但它仍需要庞大的计算资源，并且可能会引入一些由时间和空间的拆分决定的误差。2007年，C´elioFonsecaBarbosaandJos´eOsvaldoSaldanhaPaulino利用简单的梯形函数逼近雷电流，提出了近似计算雷电感应过电压的的解析公式，实现了雷电感应电磁场的快速运算。1.2.3雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型关于雷电通道周围电

6、磁场与传输线的耦合模型前人作过大量的研究，综合前人研究6华北电力大学硕士学位论文成果，从激励源的类型看，雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型可分为三种：1)Taylor模型，该模型认为传输线同时受分布电流源和分布电压源激励，其中分布电流源是由与传输线回路交链的磁链引起的，分布电压源是由两导体间的电场引起的；2)Agrawal模型，该模型根据散射理论分析雷电通道周围电磁场与传输线耦合的问题，激励源只有沿导体切向电场分量引起的分布电压源；[4]3)Rachidi模型，该模型认为传输线的激励源只有磁场引起的电流源。以上三种模型各物理量的定义不同，

7、采用不同的模型，同一入射电磁场分量引起的感应电压或电流对总电压或总电流的贡献不同，但计算出的总电压和总电流是相同的。此外，还有Rusck模型和Chowdhuri模型，这两种模型在一定条件下与Agrawal模型是等价的，但Rusck模型和Chowdhuri模型只能适用于大地为理想导体的场合，同时它们对电磁场的各分量考虑的不全面，而只有Agrawal模型考虑的比较全面，从而也得到了广泛的应用。1.2.4架空线路感应雷过电压计算国内关于架空线路感应雷过电压计算的研究相对较少。李福寿对架空线路感应雷过电压的计算也进行了详细地介绍，文习山等人对架空线

8、路感应雷过电压进行了数值计算[3]，这些文献中在架空线路感应雷过电压的计算过程中都将大地视为理想导体，近年来，国内文献中开始对考虑有损大地情况下的架空线路感应雷过电压进行了研究，