架空輸電線路雷電監(jiān)測(cè)及雷擊桿塔暫態(tài)特性分析.pdf

1、雷擊是輸電線路可靠運(yùn)行的主要危害。隨著輸電線路電壓等級(jí)越來(lái)越高，輸電線路上桿塔的高度也越來(lái)越高，因此增加了雷擊輸電線路和桿塔的概率。鑒于目前對(duì)架空輸電線路雷電監(jiān)測(cè)缺乏有效的手段和對(duì)雷擊桿塔的沖擊響應(yīng)缺乏合理的理論分析，因此對(duì)架空輸電線路進(jìn)行雷電監(jiān)測(cè)和對(duì)雷擊桿塔的暫態(tài)特性進(jìn)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(jià)值。
　　①為了實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)輸電線路過(guò)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(guò)電壓及雷擊桿塔電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)由過(guò)電壓傳感器、電流傳感器、嵌入式監(jiān)控裝置和監(jiān)控主機(jī)四部分組成。其中過(guò)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(jì)算了過(guò)電壓傳感器的高壓臂電容，得到線板電容計(jì)算公式，通過(guò)仿真和試驗(yàn)，驗(yàn)證了該串聯(lián)電容計(jì)算法的準(zhǔn)確性。同時(shí)優(yōu)化了過(guò)電壓傳感器的結(jié)構(gòu)，通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證了該過(guò)電壓傳感器的測(cè)量性能。并對(duì)影響該過(guò)電壓傳感器測(cè)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(jìn)行分析。嵌入式監(jiān)控

3、裝置采取模塊化設(shè)計(jì)，由模擬前置通道、采集模塊、監(jiān)控模塊和無(wú)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(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)的高速采樣，監(jiān)控模塊采用ARM處理器，用來(lái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。并詳細(xì)介紹了各模塊的組成結(jié)構(gòu)。對(duì)該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：該傳感器有較好的測(cè)量精度；嵌入式監(jiān)控裝置能夠正常采集信號(hào)，并且能夠與監(jiān)控主機(jī)進(jìn)行快速通訊。
　?、跒榱俗R(shí)別反擊和繞擊兩種雷電過(guò)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(cè)系統(tǒng)對(duì)

4、輸電線路電流行波進(jìn)行在線監(jiān)測(cè)，該在線監(jiān)測(cè)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(guò)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(cè)系統(tǒng)供能。根據(jù)反擊，繞擊兩種雷電過(guò)電壓的波形特征，提出根據(jù)輸電線路電流行波的上升時(shí)間比來(lái)識(shí)別兩種雷電過(guò)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(cè)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(cè)系統(tǒng)。在雷電流通道上鉗套信號(hào)線圈和取能線圈，利用雷電流對(duì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行觸發(fā)、供能和信號(hào)采集，將雷電流的極性、峰值存儲(chǔ)在非易失存儲(chǔ)器中。通過(guò)理論計(jì)算與仿真分析，實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)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(hào)線圈輸出電壓與被測(cè)雷電流成線性關(guān)系；通過(guò)信號(hào)調(diào)理電路，實(shí)現(xiàn)對(duì)正、負(fù)極性雷電流幅值信號(hào)的保持；取能線圈通過(guò)電磁感應(yīng)，從雷電通道攝取能量，經(jīng)過(guò)壓保護(hù)、整流、充電、穩(wěn)壓后，為雷電流監(jiān)

6、測(cè)系統(tǒng)提供滿足時(shí)間、電壓要求的供電電源。試驗(yàn)結(jié)果表明該在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠精確測(cè)量雷電流幅值，誤差小于4％，其電源供給能夠滿足監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的能量需求。同時(shí)本文進(jìn)行了單片機(jī)采集系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計(jì)。
　?、転榱藴?zhǔn)確地分析雷擊輸電線路桿塔時(shí)的波過(guò)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(duì)象，引入模塊化思想對(duì)桿塔結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化，以求更真實(shí)具體地反映桿塔的實(shí)際情況。本文對(duì)雷擊桿塔時(shí)的波過(guò)程作了以下研究分析：從電磁場(chǎng)的相關(guān)理論出發(fā)，結(jié)合桿塔

7、的實(shí)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(shí)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(duì)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(duì)張家壩—長(zhǎng)壽500kV輸電線路上的SZC3型直線塔建立了等效阻抗模型?；诖罱ǖ臈U塔等效波阻抗模型，在ATP中針對(duì)獨(dú)立桿塔及線路中桿塔