雷击杆塔冲击阻抗及过电压的计算方法研究

论文摘要

由于雷电的破坏性很大,尤其是在电力系统中,由雷击所引发的事故非常多,所造成的损失也往往非常巨大,因此深入对雷电的电磁场研究,更好的了解雷电的特性就显得十分必要。在电力传输系统中,杆塔的设计就要充分考虑到防雷击的性能。本文针对杆塔冲击阻抗进行了理论分析与实验研究,并在计算模型中考虑到了回击电流的效应。基于电磁场理论,分析了一种新的方法计算雷击杆塔时由雷电流引起的电磁场和冲击响应,并在分析过程中对回击电流效应加以考虑。由分析模型计算出的响应与由比例模型和实际场地测得的结果相吻合。为研究雷击高大建筑物时的电磁辐射场问题,提出了相应的计算模型,该模型包括电磁场辐射模型和雷电流的传播与分布模型。针对包括杆塔在内的垂直导体的冲击阻抗,基于相关领域的研究进展,本文给出了相关的理论公式的简单推导过程。由于杆塔冲击阻抗对于研究杆塔遭遇雷击时的瞬态特性是一个很重要的参数,本文理论推导搭建了双回杆塔冲击阻抗计算模型,并对双回杆塔冲击阻抗进行了仿真计算,并对仿真计算结果和理论计算值进行了对比,并采用MATLAB和HIFREQ模块编程及搭建仿真模型计算了典型杆塔的塔顶电压,并对不同杆塔在不同高度、不同频域下和时域下进行了分析和比较,得出了雷电击杆塔电压受高度影响的结论。通过对冲击阻抗的实验和仿真分析,验证了杆塔冲击阻抗计算模型的正确性。本文通过使用MATLAB软件对雷击杆塔电位进行了计算。将由此得到的结果与相关计算软件获得的结果进行比较,证明了MATLAB在电磁场计算中良好的适用性及理论模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 以往研究中所未解决的问题
• 1.4 本文所作的主要工作
• 第二章 杆塔的理论计算模型
• 2.1 电场强度的求解
• 2.2 雷电场的电位求解
• 2.2.1 雷电流向上时的求解
• 2.2.2 雷电流向下时的求解
• 2.3 杆塔冲击阻抗的计算模型
• 2.3.1 简化模型的假设
• 2.3.2 考虑回击电流影响时的杆塔冲击阻抗计算
• 第三章 雷击高大建筑物时产生的电磁场研究
• 3.1 以往研究中所存在的问题
• 3.2 电磁场辐射模型
• 3.2.1 简化模型的假设
• 3.2.2 阶跃电流产生的电磁辐射场
• 3.2.3 雷电流的分布
• 3.2.4 电流分布与电磁场辐射的关系
• 3.3 对模型验证后的相关结论
• 第四章 雷击杆塔时杆塔冲击阻抗的计算
• 4.1 垂直导体冲击阻抗的相关研究成果及现状
• 4.2 理论公式的推导
• 4.3 考虑同时性的问题
• 4.4 对推得的理论公式进行检验
• 4.5 杆塔冲击阻抗计算
• 4.6 理论计算和软件建模计算比较分析
• 4.7 小结
• 第五章 雷击杆塔时的电位计算
• 5.1 对MATLAB 功能与特点的介绍
• 5.2 MATLAB 在电磁场数值计算中的应用
• 5.3 雷击杆塔电压的计算
• 5.3.1 雷电流的等值波形及频谱
• 5.3.2 杆塔模型的建立
• 5.3.3 雷击杆塔电压计算结果
• 5.3.4 杆塔各相绝缘子悬挂处的电压计算
• 第六章结论
• 参考文献
• 发表论文和参加科研情况说明
• 致谢