本文選題：細導(dǎo)線FDTD + 桿塔結(jié)構(gòu)��； 參考：《西南交通大學(xué)》2017年碩士論文

【摘要】：電力設(shè)施中產(chǎn)生的浪涌信號估計是在電力系統(tǒng)的雷電保護設(shè)計中的關(guān)鍵步驟。在電力設(shè)備的雷擊浪涌分析中,使用電磁暫態(tài)分析軟件已經(jīng)大大提高了準確性。但是電磁暫態(tài)分析軟件仿真是基于一個粗略的簡易模型,雷擊的空間傳播過程分析仍有待研究,比如說在地面上浪涌沿著導(dǎo)體的不均勻傳播,垂直于或傾向于導(dǎo)體的傳播,仍舊亟待解決。這就衍生了沿著傳輸桿塔、沿著輸電線路、沿著地線傳播的浪涌的分析。在國內(nèi)的雷電保護設(shè)計中的雷擊分析大部分是通過電磁暫態(tài)分析軟件分析桿塔受到雷擊并且產(chǎn)生回擊的情況。因為雷擊桿塔時傳播的電磁波為非橫電磁波,對尺寸更大、構(gòu)造相對復(fù)雜的輸電桿塔來說,使用EMTP軟件仿真結(jié)果會有一定誤差。使用時域有限差分法從電磁場的角度對雷擊桿塔進行模擬仿真,可以比較精確的模擬出桿塔內(nèi)部的瞬態(tài)過程,可以更加有效的估計輸電線路和桿塔絕緣子的耐雷水平。本文首先介紹了國內(nèi)外時域有限差分法在雷擊領(lǐng)域的應(yīng)用背景,并簡單的描述了時域有限差分法的基本原理以及基于準靜態(tài)場推導(dǎo)的細導(dǎo)線等效處理方法;詳細闡述了基于時域有限差分法的雷擊桿塔浪涌分析的仿真建模過程,包括雷電通道在時域有限差分法中的建模、輸電線路和避雷線的建模、絕緣子的建模以及桿塔主體模型的近似等效建模,細導(dǎo)線等效模型的誤差在2%以內(nèi);使用時域有限差分法對雷擊桿塔的浪涌進行仿真分析,對同塔雙回路桿塔進行仿真得到了桿塔上輸電線路和避雷線上的浪涌電流波形、絕緣子兩端的電壓波形,各相線上電流在絕緣子被擊穿后顯著地增加并短時間達到峰值,上相線和中相線的絕緣子分別在322ns和375ns發(fā)生擊穿,擊穿電壓均約為1400kV,而下相線的絕緣子則在824ns才發(fā)生擊穿,擊穿電壓約為1100kV;并且在不添加絕緣子的條件下,對同塔雙回路桿塔進行了仿真,得到了線上的浪涌電流和空間電場,同時對檔距為350m的兩個同塔雙回路桿塔進行了仿真,分析了線上電流的波形變化,傳播到第二座桿塔的電流幅值相對第一座桿塔有小幅提高;在ATP-EMTP中建立了同尺寸桿塔的多波阻抗模型并進行了仿真,線上電流波形與FDTD仿真結(jié)果對比可知,FDTD結(jié)果和ATP-EMTP程序的避雷線仿真結(jié)果比較接近,而上相線上電流峰值FDTD仿真結(jié)果比EMTP仿真結(jié)果低275A,并且在波形之后的衰減中FDTD仿真結(jié)果始終要比ATP-EMTP仿真結(jié)果低900A左右,產(chǎn)生這種現(xiàn)象的原因主要是流動在傳輸桿塔和架空線路的雷電流的電磁感應(yīng)現(xiàn)象,ATP-EMTP軟件仿真并未考慮空間的電磁波傳播問題,造成ATP-EMTP分析結(jié)果要偏大。
[Abstract]:Surge signal estimation is a key step in the lightning protection design of power system. In the lightning surge analysis of power equipment, the accuracy of electromagnetic transient analysis software has been greatly improved. However, the simulation of electromagnetic transient analysis software is based on a rough and simple model. The analysis of the spatial propagation process of lightning strike still needs to be studied, such as the uneven propagation of surges along conductors on the ground, perpendicular to or inclined to the propagation of conductors. It still needs to be solved. This gives rise to the analysis of surges along transmission towers, along transmission lines, along earth lines. In the design of lightning protection in China, the analysis of lightning strike is mostly carried out by electromagnetic transient analysis software. Because the electromagnetic wave propagates when lightning strikes the tower is non-transverse electromagnetic wave, for the transmission tower with larger size and more complicated structure, the simulation results with EMTP software will have certain error. The finite difference time domain (FDTD) method is used to simulate the lightning tower from the point of view of electromagnetic field. The transient process inside the tower can be simulated accurately and the lightning resistance level of transmission line and tower insulator can be estimated more effectively. In this paper, the application background of FDTD method in lightning strike field is introduced, and the basic principle of FDTD method and the equivalent processing method of thin wire based on quasi static field are briefly described. The simulation modeling process of surge analysis of lightning rod tower based on finite-difference time-domain method is described in detail, including the modeling of lightning channel in finite difference time-domain method, the modeling of transmission line and lightning protection line. The modeling of insulator and the approximate equivalent modeling of the main body model of the pole tower, the error of the equivalent model of thin wire is less than 2%, the surge of the lightning tower is simulated and analyzed by using the finite difference time domain method, the finite difference time domain (FDTD) method is used to simulate the surge of the tower. The surge current waveform on transmission line and lightning protection line and the voltage waveform at both ends of insulator are obtained by simulating the double-loop tower of the same tower. The current on each phase line increases significantly after the insulator is broken down and reaches the peak value in a short time. The insulators of the upper phase line and the middle phase line are breakdown at 322ns and 375ns respectively, the breakdown voltage is about 1400kV, and the breakdown voltage of the lower phase line insulator is about 1100kV when the 824ns is not added, and the insulator is not added to the insulator, and the breakdown voltage of the insulator is about 1100kV when the insulator is not added. The surge current and space electric field on the same tower are obtained by simulation. At the same time, two double-loop towers of the same tower with a distance of 350 m are simulated, and the waveform changes of the current on the line are analyzed. The amplitude of current propagating to the second tower is slightly higher than that of the first tower, and the multi-wave impedance model of the same size tower is established in ATP-EMTP and simulated. Compared with the simulation results of FDTD, the current waveform on line is close to that of ATP-EMTP program. On the other hand, the peak current value of FDTD is 275A lower than that of EMTP, and the result of FDTD simulation is about 900A lower than that of ATP-EMTP in attenuation after waveform. The main reason for this phenomenon is the electromagnetic induction phenomenon of the lightning current flowing in the transmission tower and overhead line. The simulation of ATP-EMTP software does not consider the problem of electromagnetic wave propagation in space, which results in the larger ATP-EMTP analysis result.
【學(xué)位授予單位】：西南交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TM86

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本文編號：1981227