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输电线路屏蔽场的分析研究
摘要：一个关于雷电对输电线屏蔽扩展到部分有效屏蔽的分析模型，包括可能的先导入射角分布的影响。根据探路者项目的研究成果和和实验证明所得结果与模型相一致。一个线性关系被证明，关于反冲问题的研究。
0 引言
虽然一些基本思想很早之前就已提出，但是在过去的十年，在欧洲和美国，，屏蔽高压和超高压电力传输线的理论才有显著的进步。包括Gold的研究，还有最近Wagner研究的在雷电参数和基于几何传输线理论的电气几何模型中，冲击电流与头部先导的关系。
1967年1月，Armstrong 和Whitehead汇报了基于Wagner雷击机制的分析模型及其有效屏蔽线的设计。该模型得到实验性地校准50条有效屏蔽线52000英里一年的实验参数。改报告也说明了设计和Pathfinder初步安装装置去验证雷电对433英里塔线受有效屏蔽线和其它绝缘子闪络性能的运行特性。这扩展的电气几何模型验证了部分有效屏蔽线性能，但过于简单。
本论文将沿用该模型在部分有效屏蔽下的结论，包括假设先导入射角的概率密度函数的影响，从电脑中随日期持续更新的获得的240曲线给出的典型样本。
图1 输电线气电几何模型
图2 一般角度的局限性
气电几何输电线屏蔽
传输线的气电模型鉴于图1和图2.图1中击距到导体和到大地，有一个分界线X,X取决于先导入射角的概率密度函数。暴露的圆弧表面简称为弧ABC。如果先导是垂直入射的，则靠近导线的一侧是弧ABC在水平线上的投影。如果能够知道击距的频率分布函数，那么每单位长度的屏蔽故障停运次数和单位时间内已知区域的雷击密度得到以下关系：
（1）
其中，是发生雷电故障的最小击距，是雷电击中导线的最大击距。系数k是屏蔽失效闪络造成停电故障所占的比重。X是有效分割线在到导线的两侧。
先导入射角分布的影响
因为不是所有的雷电先导都是垂直击中导线或者大地，一些入射角分布必须接近先导的入射角度。如果被定义在图1里，频率函数被定义，如果X被解释为一个有效的分界线，它能表明使用。
雷电击中次数来自一个基本圆弧先导以击中导线的总偏差可被看作
该公式，单位面积与先导入射角垂直
该公式是水平的雷击密度，当
该公式的雷击密度可以通过飞机来测量得出。因此雷击击中次数
假设没有先导到达地面，取决于以下几个因素，正如图2所示。
有效屏蔽
如果在图1中，是的平方根，则没有屏蔽失效。然而，由于使用的大多数的数据的平均值，应避免使用完美的条件。条件有效屏蔽是首选。
变量的测量
击距的分布
频率分布函数取决于击距和雷电电流幅值，以及电流的频率分布。它们之间有单调分布的关系。
是电流的频率分布，取决于累计或者概率分布，例如公式（6）。和I之间有一系列的相关联系。
因此
为反击速度，为先导电压。
入射角分布
先导入射角目前只能被估算，不过有合理的方案能够用下式得到
这3个m取值中。假设先导垂直射入，和满足狄拉克函数。最终的结果和有限的校准观察。作者认为是m=2。
实线几何
对于实线，因素如地形和导线弧垂确定的角参数和高度如图1，在这种情况下，公式（1）可以在导线上给定的点被解释为每单位长度的故障，，那么全线的所有故障可表示为
x为沿线尺寸，L是导线全长。有人认为，尽管该公式有所缺陷，但只要满足部分屏蔽的情况下还是有效的。公式的测量基于平均高度，凹凸下陷和该线设计小于25欧姆的接地电阻的每年每100英里的有效屏蔽角。
分析模型的暂定校准
数值表示已离开一个部分，因为在很大程度上数值是相互依赖的，例如击距的频率分布取决于两个速度电流关系和电流的分布概率。除此之外，大量的事实鲜为人知，从而有针对现场实际效果分析模型校准的必要。考虑到这一点，下面的公式给出作为一个单元
TD为每年雷暴日。
图3 指数对屏蔽失效的影响
图4 估计部分有效屏蔽的屏蔽失效
图5 估计屏蔽失效的函数的高度为恒定的屏蔽角
图6 有效屏蔽和部分屏蔽线的高度角关系。
值得注意的是，（10b）是其可以是近似下只对传输线有效。对于那些精度是必要的计算具有电流击出长距离的应用，侧约5-80千安的范围，如反冲和保护区，电流概率分布和（6）必须利用。
已经指出，目前不能准确估计。也许它永远不会被孤立，除非能够严谨地提供从垂直领导角度偏差的合理的可能性。图3示出的指数m的下一组的行参数屏蔽故障的影响。指数m=2已经被选择暂定为优选任。
根据具体的调查，每年30天雷暴日每平方英里会有12次雷击。国外报道表示，一个显著改善将作出是否风暴的频率可能会在每年雷雨小时。
原本在击距中反应一个肯能的差异，对于一个先导，地球和先导有相同的先导电压。这个常数的使用是这样的分布，它实际上包含不确定性的。在角分布函数中，地形的平滑度，例如树木、灌木丛、建筑的影响，它作为一个校准常数，具有不同的估计值从0.85到1，本文选择0.9。
需要注意的是，所有的计算部分有效屏蔽已使用所谓的AIEE电流大小分布曲线的数值用于计算。因此，是所有的不确定性在这个曲线。而AIEE曲线具有量的优点，其质量是开放的相当多的问题。伯杰最近的示波测量倾向于支持更高的电流水平拔茨和其他报告。由于大电流值可以增加和影响，这是可能的补偿调整的指数中的m，也许在的价值可能需要。
有效屏蔽的高度角关系的估计取决于BIL的更精确的值、导体阻抗，以及在这种关系中的不确定度将获得的平均击距电流公式。此外，最终的校准的分析模型的有效屏蔽取决于一个非常令人满意的体积的统计数据，如讨论后，再与图6想联系。
计算机研究
利用上述方程，屏蔽失效故障超过200的可能线高，BIL和不同的假设和被计算。对于这些，它被假定为每平方英里不等于10年和Z = 400欧姆。
图4所示的几种典型的曲线图，为了强调高度的影响，来自这些曲线的数据另一种形式图5。与这些数字相关联，它不能被过分强调，是平均高度的地面线以上的地球表面，必须考虑实际的或估计的地球简介。如果较高的准确度是合理的，可以采用。
从爱迪生电力研究所目前的探路者数据场的研究
表1显示了探路者的操作由爱迪生电力研究所的报告。这表说明了40个探路者行动在29个雷击。19起屏蔽故障中有8起反击事件和两个隐含的失火事件。过去的两年中，2个案件在实验现场被检测出来。实验验证了脉冲电路的完整性，且电力设备性能正常。因此，假定未能表明导致电压时间信号在电爆炸元素的激活水平。这种情况非常罕见。
探路者设备已在现场探明只有1.7雷电季节，1967闪电活动相对较少的一个样本曲线。只有一家公司报告以上的平均活动。预计一次恢复正常的雷暴事件将加速业务的积累。数据产量仅仅略低于实际检测的预测时间，但预计满五年期间必须高产品种和所需数据的数量。
表一
探路者数据的解释
绕击跳闸估计是受多个临界高度屏蔽角关系的估计的变化和人们早已认识到，探路者的数据不能单独产生足够的数据允许跳闸率与高度及屏蔽角度统计曲线。解决这个问题有3中方法：1.线的高度角关系的一个大规模的统计研究，表现出优异的性能；2.屏蔽故障或失火事件的各种几何线条、绝缘和接地条件的验证；3、一个分析模型的使用与外推机制相一致。虽然还为时过早，形成坚定的结论，一些有趣的模式开始出现，这表明，足够的数据可以证明结论。图6显示了高度角关系50有效屏蔽线路的跳闸率平均每年只有0.175每100英里。绘制在同一图是估计的临界高度角线 = 1和 = 0.9。对于绕点平均BIL值为1300 kV。邻近点的数字表示具有相同几何形状的导线，同时绘制在这个数字是确定的屏蔽故障表1纠结点高度。这组三角在H = 70英尺 As= 40度有一个平均的BIL 760 kV,Fl＝125英尺和 = 33度有一组BIL1600 kV，在H = 138英尺，= 7度的三角形有945kV.需要注意的是，一个对应于1600 kV最大BIL为圆点和有效的125英尺和1600 kV屏蔽将用于屏蔽角略低于零度的上包络线的有趣。图4中的数据证实了这一估计值。图所示的图5所示的是指在屏蔽失效发生的平均高度和角度的性能。这些参数可能不完全符合整个线路的平均值，但明显的偏离。
屏蔽问题在反击问题中的应用
屏蔽理论影响反击问题通过其应用到雷击次数到地线系统。虽然这一应用程序的扩展研究超出了本文件的范围，它是适当的建议在这样的研究中采取的方向。
假设传输线被有效地屏蔽，有效的横向暴露或大片取决于位置和平均以上的接地导线上的高度。接地的物体有吸引作用对领导者的科罗娜啤酒信封是吸收的角分布函数。
反击具有较大的电流，一个合理的时间不变的杆塔接地电阻值为20欧姆，和有代表性的BIL值可能为1000 kV的高压线。如果耦合因子被认为是由脑电感应偏移，结果50 kA电流作为显著阈值估计。相应的攻击距离 = 435英尺。作为超高压线路，一个显着的电流可能是100 kA的估计击距735尺。表二说明地线平均高度和角度分布参数对这两个电流总条带的影响。
表二提出两点：1、增加的反击事件高度的影响小于成正比高度；2、应该指出的是，在高电流，角度参数对这种效果的影响是微不足道的。
雷击密度与功率比
基于这里提出的分析模型和典型曲线，暂定雷击密度为
为每年平方千米的雷击次数，TD为年平均雷暴日。
从探路者的研究中，暂定对绝缘子闪络跳闸率为0.9。
表2
表3
图7 跳闸率的变化
线性能指标
在发达国家，一个有用的概念用于描述闪电对传输线性能细节问题的讨论。性能指数M定义一系列的30-50年雷暴日数，每100英里或公里每年的跳闸率。具体表现。
表三特别适用于高压和超高压线路保护，是作者的定性分类，不一定用GIGER委员会定义的33.制定新的生产线性能的实际预测，此表可用于评估现有线路的性能。
跳闸率的变化
应用分析模型的多变量问题的输电线路的雷电性能导致的数值结果，必须被视为与线性能的变异性。图7来自于给定的数据，连续记录保存27年的特定示例。该图展示的五年平均约8.8的平均跳闸率每年每100英里的相对稳定相比，正是因为这一原因，探路者的研究计划，为5年期，建议五年以上的平均值被用于线性能比较分析估计。
结论
- 延伸Armustrong开发的分析模型和Whitehead雷电跳闸导致部分估计有效的防护，分析结果与已知的性能现有输电线路有限的数据一致。
- 两个自由度模型的标定，参数和角分布参数m，已经研究了1、0.9 值，和m的0.85和1和2 值。对于 = 0.9和m = 2已作为说明性的大量研究的典型结果。有人认为，这些参数，随着小的调整，没有足够的灵活性，以适应任何适度的调整，这可能会在当前的幅度-频率分布曲线，或在击距-电流关系。
- 探路者已证明，在1.7次雷击事件标志着雷电季节的累积期。29个独立的雷击导致的记录，其中19造成屏蔽故障，导致反击事故 8事件，2被认为是反映失火事件。在8次的反击事件中，4次击中大地，3次击中杆塔，杆塔的接地电阻分别为250、140、37欧姆。8次已知的反击事件有5次引起了双回或多导线故障。
- 从17次屏蔽故障所得到的参数初步建立了有效的屏蔽临界线。在山区地形，最显着的导致单屏蔽故障的屏蔽角只有7度，平均地面导线高度为138英尺。
5、广义指数已经发展到对超高压和特高压输电线路的防雷性能，根据关系
用数值和定性分类在表3中给出这指数是有用的存在的特征和导线性能。
6、良好的防雷性能，M = 1，已具有传统高压和超高压输电线路的基本绝缘水平，达到了有效的屏蔽，部分接地电阻达到25欧姆或更少。
7、电气几何屏蔽理论适用于具有有效的防护，通过其与地线系统的有吸引力的条带连接线的反击能力估计。虽然接地线高度在屏蔽故障中是一个影响因素，但其影响相对较小。
8、在屏蔽理论会导致更好的分配雷击跳闸原因的改进，它能更有效地防止反击。
表4
表5
结论
Y.H.Chan本文将理论分析研究与工程应用相结合。在分析中，许多因素，包括领导者的角度和地形的影响，进行了仔细的加权和屏蔽故障的最终估计准确地表示为一个地线高度和BIL线的屏蔽角功能。
由刘易斯和其
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资料编号：[30930]，资料为PDF文档或Word文档，PDF文档可免费转换为Word
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