雷電對建筑物和輸電線路的電磁影響研究.pdf

1、雷電是自然界頻繁發(fā)生的一種電磁現(xiàn)象，會造成電力能源供應中斷、設(shè)備損害及人身傷害等各類安全事故，防雷和減少雷電產(chǎn)生的災害是人類的長期奮斗目標。雷電對處于其通道近區(qū)的建筑物和輸電線路安全產(chǎn)生較大威脅，但目前雷電通道近區(qū)電磁場分布規(guī)律的研究還剛剛起步，缺乏系統(tǒng)性的認識。
　　論文在中央高?；究蒲袠I(yè)務費專項資金資助項目(14MS90)“雷電電磁騷擾對建筑物和輸電線路的影響研究”的資助下，重點開展了雷電對建筑物和輸電線路的電磁影響研究，主

2、要內(nèi)容如下。
　　建立了雷電先導模型、雷電基底電流模型和雷電回擊模型。分析了雷電發(fā)生發(fā)展過程的物理機制，利用雷電通道的半徑、速度、電流、電荷等來描述雷電通道的特性。雷電先導模型將雷暴云、雷電先導通道和大地視為電準靜態(tài)系統(tǒng)，雷電基底電流模型利用修正的Heilder函數(shù)表示，雷電回擊模型將雷暴云、雷電通道和大地視為磁準靜態(tài)系統(tǒng)。
　　提出了雷電通道近區(qū)電磁場計算方法。在先導發(fā)展階段，近區(qū)電場由雷暴云中的電荷、雷電通道中的電荷和大

3、地上的感應電荷共同產(chǎn)生。在回擊過程中，近區(qū)電場由雷暴云、雷電通道中的剩余電荷和回擊電流共同產(chǎn)生，近區(qū)磁場由回擊電流產(chǎn)生?；诮⒌睦纂娡ǖ滥Ｐ?，推導了在先導發(fā)展階段和回擊過程中，將大地視為完純導體和有損媒質(zhì)情況下，雷電通道近區(qū)電磁場的表達式。通過與人工引雷試驗數(shù)據(jù)對比，驗證了所提近區(qū)電磁場計算方法的有效性。
　　建立了雷電保護系統(tǒng)的傳輸線等效電路模型，計算了雷電直擊建筑物時雷電保護系統(tǒng)導體上的瞬態(tài)電流分布。依據(jù)雷電保護系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)特

4、征和雷電流頻譜特點，采用傳輸線模型對雷電保護系統(tǒng)進行建模，考慮了雷電通道和雷電保護系統(tǒng)之間的電磁耦合。對離散復鏡像法進行改進，提取索末菲積分中核函數(shù)的準動態(tài)項和表面波的貢獻，大大提高了計算效率。通過與國際雷電研究與測試中心在佛羅里達州進行的雷擊建筑物試驗電流進行比較，證明了方法的有效性。
　　建立了建筑物雷電保護系統(tǒng)的部分元等效電路模型，利用分布參數(shù)電路對雷電回擊通道進行建模，雷電通道與建筑物雷電保護系統(tǒng)的電磁耦合用部分互感表示，

5、計算了雷電直擊建筑物時雷電保護系統(tǒng)上的雷電流瞬態(tài)分布，并與文獻結(jié)果進行比較，證明了方法的有效性。根據(jù)雷電保護系統(tǒng)導體數(shù)目較大的特點，設(shè)計了一種可用于復雜多導體系統(tǒng)部分電感快速計算的高效計算程序。
　　提出山區(qū)輸電線路保護角的修正計算方法。通過數(shù)字高程模型提取線路走廊坡度、坡向等微地形數(shù)據(jù)，推導了不同地形條件下的修正保護角計算方法，量化分析了坡向和坡度對雷擊跳閘率的影響，將地形因素對繞擊跳閘率的影響統(tǒng)一歸結(jié)到修正保護角中;研究了一套