CN103293451A - 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法 - Google Patents

一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法 Download PDF

Info

Publication number
CN103293451A
CN103293451A CN2013101999600A CN201310199960A CN103293451A CN 103293451 A CN103293451 A CN 103293451A CN 2013101999600 A CN2013101999600 A CN 2013101999600A CN 201310199960 A CN201310199960 A CN 201310199960A CN 103293451 A CN103293451 A CN 103293451A
Authority
CN
China
Prior art keywords
earthing
lightning
grounding
transmission line
spark effect
Prior art date
Application number
CN2013101999600A
Other languages
English (en)
Other versions
CN103293451B (zh
Inventor
刘刚
张弦
许彬
Original Assignee
华南理工大学
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 华南理工大学 filed Critical 华南理工大学
Priority to CN201310199960.0A priority Critical patent/CN103293451B/zh
Publication of CN103293451A publication Critical patent/CN103293451A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN103293451B publication Critical patent/CN103293451B/zh

Links

Abstract

本发明公开了一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法,包括分别构建方型、井型及网格型三种接地装置的物理结构模型,所述物理结构模型为分布参数模型;基于PSCAD/EMTDC对上述三种物理结构模型在计及火花效应及不计及火花效应的接地电阻进行仿真分析,得到计及火花效应接地体的接地冲击电阻减小;计及火花效应时,通过对三种物理结构模型注入点过电压进行仿真分析,得到三种接地装置的雷电冲击特性,技术人员可以根据本发明的方法,结合实际情况选择合适的接地装置,有利于减小接地装置注入点雷电过电压,间接性地减小接地装置的冲击接地电阻而提高杆塔防雷性能。

Description

一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法
技术领域
[0001] 本发明涉及高压输电线路领域,具体涉及一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法。
背景技术
[0002] 在电力系统安全运行中,接地装置历来受到相关设计部门及生产部门的重视。数据表明50%以上的输电线路的事故都由雷击引起,而接地装置则对线路防雷保护效果起着至关紧要的作用,其冲击特性直接决定了输电线路的防雷性能。由于杆塔接地电阻高而产生的雷击闪络事故相当多,许多位于山区、地质条件较差的杆塔的接地电阻在10Ω以上,造成线路耐雷水平低,经常发生雷电绕击、反击,使线路跳闸,影响了电网的安全稳定运行。因而,在电力系统中,接地装置的选择显得尤为重要,同时也是输电线路杆塔防雷设计的重要基础。目前对接地装置的研究主要包括试验研究及理论研究两方面。其中,试验研究包括现场试验及模拟试验等方法,而理论性的研究则在传输线理论、电磁场理论等基础上分别展开计算或分析。近年来,有限元分析法及时域有限分析法也被广泛应用在对冲击接地阻抗的研究中,此外,目前还推出了一些实测方法如三极法等,并就土壤等参数对测量结果可能造成的影响对传统测量方法进行了改进。然而,目前对常用方型、井型及网格型三种接地装置冲击特性进行研究及评估的理论方法成果较少。
发明内容
[0003] 为了克服现有技术存在的缺点与不足,本发明提供一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法。
[0004] 本发明采用如下技术方案:
[0005] 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法,包括:
[0006] 分别构建方型、井型及网格型三种接地装置的物理结构模型,所述物理结构模型为分布参数模型;
[0007] 基于PSCAD/EMTDC对上述三种物理结构模型在计及火花效应及不计及火花效应的接地冲击电阻进行仿真分析,得到计及火花效应时接地体的接地冲击电阻随着雷电流幅值的增大而减小;
[0008] 在计及火花效应时,通过对三种物理结构模型注入点过电压进行仿真分析,得到三种接地装置的雷电冲击特性。
[0009] 所述分布参数具体为接地电极的电阻IV自感U、对地泄漏电导Gci和对地电容C。。
[0010] 所述仿真分析采用双指数波的雷电波。
[0011] 本发明具有的有益效果:
[0012] 本发明对方型、井型、网格型接地装置的接地电阻的冲击特性进行了仿真分析验证三种接地装置的防雷效果,对技术人员在实际安装接地装置具有指导意义。附图说明
[0013] 图1为本发明方型接地装置物理结构模型;
[0014] 图2为本发明网格型接地装置物理结构模型;
[0015] 图3为本发明井型接地装置物理结构模型;
[0016] 图4本发明中三种接地装置雷电流注入点雷电过电压对比。
具体实施方式
[0017] 下面结合实施例及附图,对本发明作进一步地详细说明,但本发明的实施方式不限于此。
[0018] 实施例
[0019] 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法,包括如下步骤:
[0020] 基于土壤火放电效应的基础,分别构建方型、井型及网格型三种接地装置的物理结构模型,分别如图1、2、3所示,所述物理结构模型为分布参数模型;
[0021] 由于雷电冲击电压明显的暂态特性,分析接地装置的冲击特性时需考虑火花放电效应和波过程的影响,所述电磁波的传播过程叫做波过程,因为在雷电冲击波的作用下,输电线路、电缆、变压器绕组等元件的等效电路都要用分布参数电路(就是包括电阻、电感、电导、电容的电路)来表示,因此三种物理结构模型采用分布参数模型,按照有损长线进行处理,可用接地电极的单位长度导体电阻%、自感U、对地泄漏电导Gtl、对地电容Ctl进行描述。
[0022] 由于接地电极电阻相对于自感很小,所以不考虑接地电极电阻对接地装置冲击接地电阻的影响,所以单位长度导体电阻Rtl、电感U、对地泄漏电导Gtl、对地电容Ctl的计算公式如下:
[0023]
[0024]
Figure CN103293451AD00041
[0025] C0= ε p G0 (3)
[0026] 式中,l、rrf&h—分别为接地电极的长度、等效半径及深度,单位m。
[0027]其中:
[0028]
Figure CN103293451AD00042
[0029] Ej=241p0.215 (5)
[0030] ε——土壤的介电系数,在实用范围内可取ε =9X8.86X1(T12F/M。
[0031] μ——土壤的导磁系数,在实用范围内可取μ=43ΐΧ107Η/Μ。
[0032] 图中,Cx表示长度为X的接地体对地电容,Lx为长度为X的接地体自感,Gx为长度为X的接地体对地泄漏电导。
[0033] 基于PSCAD/EMTDC对上述三种物理结构模型在计及火花效应及不计及火花效应的接地电阻进行仿真分析,得到计及火花效应接地体的冲击电阻减小;
[0034] 所述分布参数模型中的参数在PSCAD中以模块进行计算,由有限元分析法可知,分段越多则仿真结果越精确,但同时运算更复杂,本发明优选以5m为一段进行仿真计算,仿真运算中的雷电波采用双指数波I=AIm[exp(a t) -exp ( β t)],波形为2.6/50 μ s,其中:a =-15900, β=-712000, Α=1.1157。
[0035] 以广泛应用于输电线路防雷工程的方型接地装置的物理结构模型为例,进行仿真分析;埋深h取Im,边长I取5m, 土壤电阻率P分别取100 Ω.m>500 Ω.m> 1000 Ω.m,计及及不计及电火花效应时方型的接地冲击电阻仿真对比如表I所示。
[0036] 表I计及及不计及电火花效应时方型的接地冲击电阻仿真对比
[0037]
Figure CN103293451AD00051
[0038]
[0039] 不考虑火花放电的情况下,方型接地装置接地冲击电阻随着注入雷电流幅值的增大而几乎没有变化,接地装置具有良好的线性特性。由表I可见,此时的接地冲击电阻值是随着土壤电阻率的增加而线性增加,呈现的是工频接地电阻特性。
[0040] 考虑火花放电效应后,仿真得到的方型接地电阻值与不考虑火花效应相比相差很大,并且不再近似为一个常数,而是随着注入雷电流幅值的增大而减少。由表I可见,在较大的冲击电流作用下,接地体周围土壤的火花放电对接地体冲击特性的影响是明显的,此时雷电流火花放电效应的作用相当于增大了土壤的电导,扩大了接地体的尺寸,因此考虑火花放电后,接地体的接地冲击电阻将明显减小。
[0041] 由此可见,虽然不考虑火花放电侧重安全性,但是这样会对许多合格的接地网进行不要的改造,造成巨大浪费,因此,在进行冲击电阻仿真研究时,不能忽略火花效应的影响。
[0042] 在计及火花放电效应的过电压分析,火花放电效应对不同型号接地装置的接地电阻将产生不同的影响。[0043] 在计及火花效应时,通过对三种物理结构模型注入点过电压进行仿真分析,得到三种接地装置的雷电冲击特性。
[0044] 本发明以方型、井型及网格型的物理模型注入点的过电压进行分析。
[0045] 埋深h取lm,三种接地装置各自接地体总长度Is取60m,土壤电阻率P取500 Ω * m的仿真结果如图4所示。
[0046] 在l_50kA雷电流幅值区间,三种接地装置的过电压基本一致,但是若在雷电流幅值较大区间(>50kA)其三种接地装置呈现不同特性:方型将以近似原变化率继续增大;网、井型较接近,以逐渐减小的斜率缓慢地增大,而网型增长最为缓慢。因此,从对比结果发现,若对于某些雷电流幅值较大的地方,建议使用网格型的接地装置,有利于减小接地装置注入点雷电过电压,间接性地减小接地装置的接地冲击电阻而提高杆塔防雷性能。
[0047] 上述实施例为本发明较佳的实施方式,但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制,其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法,其特征在于,包括: 分别构建方型、井型及网格型三种接地装置的物理结构模型,所述物理结构模型为分布参数模型; 基于PSCAD/EMTDC对上述三种物理结构模型在计及火花效应及不计及火花效应的接地冲击电阻进行仿真分析,得到计及火花效应时接地体的接地冲击电阻随着雷电流幅值的增大而减小; 在计及火花效应时,通过对三种物理结构模型注入点过电压进行仿真分析,得到三种接地装置的雷电冲击特性。
2.根据权利要求1所述的一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法,其特征在于,所述分布参数具体为接地极的电阻Rx、自感Lx、对地泄漏电导Gx和对地电容Cx。
3.根据权利要求1所述的一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法,其特征在于,所述仿真分析采用双指数波的雷电波。
CN201310199960.0A 2013-05-24 2013-05-24 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法 CN103293451B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310199960.0A CN103293451B (zh) 2013-05-24 2013-05-24 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201310199960.0A CN103293451B (zh) 2013-05-24 2013-05-24 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN103293451A true CN103293451A (zh) 2013-09-11
CN103293451B CN103293451B (zh) 2015-10-28

Family

ID=49094657

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201310199960.0A CN103293451B (zh) 2013-05-24 2013-05-24 一种高压输电线路杆塔接地装置防雷特性的评估方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103293451B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103901328A (zh) * 2014-03-26 2014-07-02 国家电网公司 一种适用于输电线路杆塔接地体雷电冲击特性的计算方法
CN105486929A (zh) * 2014-09-19 2016-04-13 国家电网公司 一种考虑火花放电效应的冲击接地电阻计算方法
CN105652093A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 国家电网公司 一种接地装置冲击接地阻抗测试方法
CN106680632A (zh) * 2016-12-30 2017-05-17 杭州后博科技有限公司 基于电磁辐射异常判断的铁塔防雷性能检测方法及系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5621309A (en) * 1996-02-21 1997-04-15 Electric Power Research Institute Method for detecting a failed ZnO disk in a surge arrester network
WO2004102594A2 (en) * 2003-05-19 2004-11-25 Eugeniusz Smycz Method and testing equipment for checking the operation of a lightning arrester
CN102435921A (zh) * 2011-09-26 2012-05-02 山西省电力公司忻州供电分公司 同塔双回输电线路绝缘及耐雷电冲击性能的判定方法
CN102621435A (zh) * 2012-04-20 2012-08-01 李景禄 接地模拟试验装置及方法
CN102680798A (zh) * 2012-02-28 2012-09-19 山东建筑大学 杆塔接地电阻在线测量方法与装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5621309A (en) * 1996-02-21 1997-04-15 Electric Power Research Institute Method for detecting a failed ZnO disk in a surge arrester network
WO2004102594A2 (en) * 2003-05-19 2004-11-25 Eugeniusz Smycz Method and testing equipment for checking the operation of a lightning arrester
CN102435921A (zh) * 2011-09-26 2012-05-02 山西省电力公司忻州供电分公司 同塔双回输电线路绝缘及耐雷电冲击性能的判定方法
CN102680798A (zh) * 2012-02-28 2012-09-19 山东建筑大学 杆塔接地电阻在线测量方法与装置
CN102621435A (zh) * 2012-04-20 2012-08-01 李景禄 接地模拟试验装置及方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
徐伟: "考虑火花效应时杆塔接地装置冲击特性的研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库》 *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN103901328A (zh) * 2014-03-26 2014-07-02 国家电网公司 一种适用于输电线路杆塔接地体雷电冲击特性的计算方法
CN105486929A (zh) * 2014-09-19 2016-04-13 国家电网公司 一种考虑火花放电效应的冲击接地电阻计算方法
CN105652093A (zh) * 2015-12-30 2016-06-08 国家电网公司 一种接地装置冲击接地阻抗测试方法
CN106680632A (zh) * 2016-12-30 2017-05-17 杭州后博科技有限公司 基于电磁辐射异常判断的铁塔防雷性能检测方法及系统
CN106680632B (zh) * 2016-12-30 2021-01-08 杭州后博科技有限公司 基于电磁辐射异常判断的铁塔防雷性能检测方法及系统

Also Published As

Publication number Publication date
CN103293451B (zh) 2015-10-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Rakov et al. Overview of recent progress in lightning research and lightning protection
Paolone et al. Mitigation of lightning-induced overvoltages in medium voltage distribution lines by means of periodical grounding of shielding wires and of surge arresters: Modeling and experimental validation
Paolone et al. Lightning electromagnetic field coupling to overhead lines: Theory, numerical simulations, and experimental validation
Rachidi et al. Current and electromagnetic field associated with lightning-return strokes to tall towers
Baha et al. Numerical electromagnetic field analysis on lightning surge response of tower with shield wire
CN104155526B (zh) 一种测量带避雷线的输电线路杆塔接地装置冲击接地阻抗的方法
Cidras et al. Nodal frequency analysis of grounding systems considering the soil ionization effect
Chowdhuri et al. Parameters of lightning strokes: a review
CN204228827U (zh) 一种杆塔冲击接地电阻现场测量系统
Grcev Time-and frequency-dependent lightning surge characteristics of grounding electrodes
CN205016965U (zh) 一种架空输电线路防雷保护装置及其耐雷水平测试系统
Zeng et al. Lightning impulse performances of grounding grids for substations considering soil ionization
Visacro et al. The impact of the frequency dependence of soil parameters on the lightning performance of transmission lines
CN104155626B (zh) 一种检测电压互感器抵御地电位升高能力的系统
Han et al. Influence of modeling methods on the calculated lightning surge overvoltages at a UHVDC converter station due to backflashover
Grcev Lightning surge efficiency of grounding grids
CN103278709B (zh) 一种输电线路雷电行波特性测试系统
Stojkovic et al. Sensitivity analysis of experimentally determined grounding grid impulse characteristics
CN102435918A (zh) 接地装置雷电冲击特性的大电流户外真型模拟试验方法
CN103257293B (zh) 一种输电线路雷电电磁暂态动模实验系统
CN102841280B (zh) 500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法
Martinez et al. Tower modeling for lightning analysis of overhead transmission lines
CN104535842B (zh) 一种基于人工短路试验的换流站接地网冲击阻抗测试方法
CN105098391B (zh) 一种500kV输电线路杆塔接地体及其冲击接地电阻的估算方法
Yadee et al. Analysis of tower footing resistance effected back flashover across insulator in a transmission system

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant