毕业论文外文翻译-对架空配电线路的防雷研究（含英文原文）.doc

中北大学2015届毕业设计外文文献翻译外文文献为PDF格式，下载后双击即可打开另存对架空配电线路的防雷研究摘要对架空配电线路雷击停电的保护有两个主要方法。一个是避雷器，另一种是架空地线。对于雷击跳闸，避雷器有相当恒定的效果。另一方面，在直接遭到雷击和感应过电压，架空地线的作用是不同的。它提供与避雷器300米的间隔，用于防止引起附近雷击感应过电压。使用架空地线以及避雷器是有效的防雷保护，防止雷电直接击到配电线路。避雷器击穿是普遍故障，击穿会造成绝缘破裂。此外，由于树木遭受雷击，倾倒也会导致线断裂。先进的防雷设备，氧化锌避雷器组件在日本大受欢迎。杆上变压器和应用的电磁分析方法，诸如用FDTD方法的建模浪涌的现象，是相当先进的。关键词：雷击,防雷保护,配电线路,避雷器,架空地线感应过电压0 引言自从1969加入电力工业中心研究所，一个作者不断参与架空配电线路防雷保护研究（opdls）。笔者努力建立引起过电压的现代化理论（间接雷击）通过（a）观察了在福井县北陆电力公司火力发电站附近的OPDL的雷电流波形和感应过电压波形，和（b）进行广泛的研究阐明引起的过电压（间接雷电击中），包括对感应过电压现象的数值计算程序的开发。因此，在1980年笔者实际上已经奠定了防止引起过电压保护的基础。与电力公司的合作，笔者研究了OPDLs。通过调查无数雷击故障，笔者开始对被普遍接受的观念即引起过电压（间接雷击）在高压配电线路占了大量的故障产生质疑。这促使笔者在CRIEPI的盐原测试工厂进行关于使用大的脉冲发生器在配电线路雷击的一个实验。此实验证明，对于第一次，以防止绝缘子闪络，这是可能的，即使在雷电直接击中，通过适当组合避雷器和架空地线。在20世纪90年代这有助于日本激励各个电力公司对防直击雷击中的研究。然而在1990年代上半年，只有在电力公司配电部门的少数高层管理人员会容易理解，当他们被告知在一定程度可以防止雷电直接击中，甚至在电源配电线路。随着闪电相机观测的传播来阐明雷击停电的配电线路，其中曾有近二十年前笔者的提出原因，笔者欣慰地发现，他一直都是对的。据证实，闪络有时不会发生，即使是在一个直接闪电击中到OPDL，并引起过电压（间接雷击），几乎从不导致闪络。对配电线路来说有雷击停运的原因有很多，包括反向电流。不同的保护方法已通过各电力公司采用，包括使用避雷器和/或架空地线，以及新的采用氧化锌元素的防雷设备。它已经清楚地表明，在1970年，在不同与普通夏季雷电性质和闪电停运的特点，冬季闪电开始受到关注。随着对地处沿日本海沿岸山区配电线路避雷器断裂频率为焦点，笔者定义回流电流是对配电线路雷击故障的第三个原因。由于有闪电特征的区域差异，雷击停电对配电线路的原因多种多样，以及各电力公司防雷的历史，没有一个标准的防雷方法。本文旨在从雷击故障发生机制，保护措施以及防雷设备的效果背后的原则，防雷的概念，解释给参与保护OPDLs的工程师1 日本研究防雷架空配电线路（OPDLs）在二十世纪下半叶的历史1.1 雷击停电的三个原因在日本过去的50年中，已经进行了对高压配电线路防雷保护全面的学习和研究工作，而这种劳动成果取得了在不同的时期以他们的方式进行防雷设计的指导方针。随着研究的进展，雷击停运的数量稳步下降，但雷击停电仍占对高压配电线路故障的高比例。由于相比输电线路，高压配电线路不仅具有相对较弱的绝缘，直接雷击击中，也引起过电压，当雷击附近，可能会导致停电。对雷电流引起长时间避雷器的正常操作，也不能忽视。总之，有对配电线路雷击故障的原因很多，并且在制定保护的方法，许多相关的问题必须加以考虑。威胁配电线路的三种类型闪电现象，可分类如下：（1）感应过电压 感应过电压是由电磁场附近的配电线路的快速变化而产生的。（2）直接闪电击中 闪电击中配电线路包括架空地线或电线杆。（3）回流电流当闪电击中一个结构或天线，接地电位上升，因此，一部分雷电流侵入配电线路，并在结构上的设备提供电源。这三种类型的闪电现象的威胁力量配电线路可分类如下：（1）诱导的过电压感应过电压通过在一个快速变化所产生配电线路附近的电磁场。（2）直击雷击中雷电放电击中配电线路包括架空地线或电线杆上。（3）反向电流当雷电击中一个构筑物或一个天线，该接地电位上升，并且作为其结果，一部分的雷电流侵入配电线路，以在该结构的设备提供电源。1.2 感应雷过电压的opdls雷电引起的雷电感应电压是一种过电压，是危及配电线路绝缘的原因。数值计算被划分为有限的部分照明事件并解决相应的偏微分方程和时间长度。计算值显示出与这两个峰值和照明感应电压的波形接近的测定值。1.2.1 分布避雷器通过对感应雷过电压对多导体系统的分析计算，研究了关于三相配电线路避雷器的保护效果，如图1所示。图2示出了电涌放电器安装间隔和最大线电压之间的关系。在70 kA的峰值回击电流和100米的最小距离闪电点分布线（YSL），安装避雷器每200300米提供的配电线路雷电冲击耐受100150 kV电压具有良好的保护作用。以往的雷电观测研究报道，约50%有闪电的峰值电流小于30 kA的。考虑到这一点，我们可以假设一个避雷器安装间隔300米为中高压配电线路保护的效果较好。1.2.2 避雷器、架空地线对配电线路感应过电压防雷避雷器、架空地线的组合经常被用来保护设备和防雷线绝缘opdls日本。使用计算机程序分析诱导附近雷击过电压进行比较单独避雷器，这些单独架空地线，和那些避雷器和架空地线的组合的保护作用。结果表明，如果避雷器安装在每一个点处的架空地线接地，避雷器和架空地线的组合，并具有几乎相同的效果单独避雷器（图3）。在图3中，与线L.S.P.距离50米，雷电流为100 kA，L.S.P.指雷击点，O.G.W.表示装置的架空地线，SA表示避雷器。1.3 雷电直接击向OPDLs1.3.1 闪电直接击中opdls例子图4显示了雷电直接击到OPDL并在OPDL绝缘子闪络。1.3.2 直击雷击中架空地线的影响作者表明命中使用的盐原测试实验室（图5）大脉冲发生器对直接雷击架空地线的效果。图6显示，架空地线防直击雷击中相当有效。2 考虑到在直接遭到雷击和闪电的间接影响的选择配电线路保护措施2.1 避雷器和架空地线的影响综述我们已经描述架空地线留下避雷器的作用的原则，而他们在第1章如此组合，应如何适用于建立合理的保护方法本节将提供一个合理的设计方法，针对直击雷击中和引起的过电压（间接雷电击中）的概要。如第1章所讨论的，几乎所有的过电压引起的（间接雷电击中）可以通过每300 m安装避雷器来抑制。此外，单独避雷器对感应过电压的效果几乎与避雷器和架空地线组合是相同的效果。作者指出，架空地线总是以固定速率抑制雷电过电压最大值。图7显示了对因感应过电压照明故障保护作用的倾向。在图7中，横轴是避雷器安装或架空地线的接地间隔的间隔。较小的值表示安装避雷器或架空地线的接地点的数量就越多。同样有图810。免受直接闪电击中的效果（图8）是基于这样的事实，避雷器和架空地线的综合效应是高的。由于感应过电压和直接雷击引起中断的绝缘水平不同。降低绝缘水平，引起的过电压就越大，停运率增加。在图9中，由于直接雷击引起的过电压组合故障被绘制在y轴上，和防雷设备的安装间隔绘制在x轴上。当避雷器安装在每一个极点停运率为零。2.2 对于低绝缘水平的opdls防雷以下可以说（图9）：（1）缩短架空地线接地间隔趋于近线性来减少中断，但它不能大幅度限制故障。（2）每200300米增加避雷器的安装的数量实现了大幅减少因过电压引起的故障。（3）对于避雷器和架空地线的共同作用，抑制由于雷电直接击中中断是至关重要的。用于施加避雷规则示于图10。如果中断率降低到50左右（图10），也可以通过稍微增加避雷器安装率，以达到这个目标。结合避雷器和架空地线不能有效地考虑。进一步减少雷电停运率（在图10约20）的要求安装间隔已经大大缩短，通过减少单独避雷器来实现。这种情况下避雷器和架空地线组合是有效的方法。2.3 对于具有较高的OPDLs防雷设计方法如图10所示，中断率低因为配电线路的绝缘强度低感应过电压高。在这种情况下，单独增加避雷器的安装率通常是有效的。如图11所示，另一方面绝缘强度高的时候，有效范围组合避雷器和架空地线的出现，是因为防止直接雷击击中成为焦点。3 在这二十年的架空配电线路的防雷保护3.1 使用静态照相机观察中断大约二十年从1994年开始，当时一作者由静态相机提出了架空配电线路（OPDLs）雷击停运的意见通过。观测是由几个电力公司进行的，揭示了雷电直接击到OPDL（图4），以及由于从高塔回流雷电流造成避雷器断裂。同时，明确了雷电感应过电压故障很少因附近的闪电放电的OPDL产生。此外，即使当雷电直接击中OPDL，一半闪电击中OPDL不造成损伤。3.2 采用先进的防雷措施防雷opdls（日本opdls）在日本，避雷器安装在较小区间内，如100200米。在这样的OPDLs，雷电感应效应很少引起雷击跳闸（间接雷击浪涌），正如1章所示。此外，在闪电非常频繁的地区，除了使用避雷线，避雷器在日本很受流行。在这种情况下，当安装避雷器的间隔短，而在安装了架空地线，绝缘体的闪络可以被抑制到某种程度。因为绝缘闪络普通闪电中断是不常见的，特殊的中断停留在电力公司。我们引进代表性的中断，如避雷器断裂和从树上侧闪到配电线路。3.2.1 冬季雷电和回流电流浪涌对避雷器停运效果图12显示了OPDLs在夏季以及在冬季各设施的停运率。该数据显示，停运率在冬天比夏天大，避雷器断裂是原因之一。这表明，在冬季有许多闪电，其中有大量的电荷。避雷器断裂常发生在配电线路上杆。这表明，避雷器断裂的发生是由于受到雷击从高结构或塔电流回流。架空地线的安装比升级避雷器与避雷器断能力更有效。3.2.2 附近的树木对OPDLs防雷效果静态相机观察发现，雷电放电的进展在树木的方向，最终跃升到附近OPDL（图14）的架空地线。一项实验，在CRIEPI的盐原测试堆场进行，证实了同样的现象（图15）。附近树木的存在并没有给好的效果基于OPDL防雷。图16显示了雷电放电最初捕获在树上，然后雷电放电跳转到OPDL。在长间隙放电实验中也观察到了这个现象，这是在 CRIEPI的盐原测试工厂进行的。此闪络可能导致在两个极的中间部分的线切割停运。通常，线切割停电发生在一个极的附近区域中，因为绝缘强度是两线之间比在上磁极的绝缘体较强。3.3 防雷性能在不同的配置和设备opdls3.3.1 氧化锌压敏电阻器的研制及应用OPDLs防雷ZnO非线性电阻是发明于日本，并且对于第一次，施加到低电压电路。从1970年的，它被用作OPDLs的避雷器。因为其相当优异的性能，所以被广泛应用于OPDLs。目前只有氧化锌压敏电阻在日本OPDLs的避雷器进行。氧化锌变阻器被应用于各种OPDL的设备，因为它们具有许多优点，如一个完美的非线性。（1）ZnO压敏陶瓷绝缘子在日本，一些电力公司使用配备了ZnO元件绝缘体。绝缘体中的火花间隙过电压在ZnO元件及其引起的交流电流通过导线产生预防ZnO成分切断或切断绝缘子。图17示出在绝缘体上的ZnO成分。（2）保护杆变压器氧化锌元件放置围绕它的初级侧和地之间的杆上变压器中，为了抑制雷电过电压。各种安装方法都根据各个电力公司的规则。典型安装位置是主切口，在一次侧引入线，和一个变压器内部。（3）内部的氧化锌组件开关3.3.2 绝缘电线在20世纪70年代中期，用于公共安全起见和预防接地故障在日本所有的高压配电线路进行了绝缘。如下图所示，绝缘导线是通过在实验室和实地调查实验，以具有从裸露导体的闪电性能不同特性的观点出发。（1）绝缘线和架空地线闪电放电特性使用高电压脉冲发生器对雷击绝缘线进行了研究。棒电极（高电压侧）与绝缘电线之间的火花放电电压是高于负极性裸露导体的67。有架空地线的配电线路相对与没有架空地线的架空配电线路被雷电直接击中的机会少。（2）绝缘导线和绝缘体的组合绝缘击穿特性 如果绝缘体（小电容）是结合的绝缘导线（大电容），电压施加到绝缘体的增加，从而导致在绝缘体部分发生闪络。绝缘体的火花放电后，将绝缘导线的分解过程是从该支撑裸导体的绝缘体开始。绝缘体和绝缘覆盖物的组合的总绝缘强度绝缘覆盖物的和的总和，但一般为总和的5080。（3）绝缘导线断线机制在绝缘线，流入和由第一绝缘击穿交流感应电流的流出的位置被固定在一个绝缘的针孔。电弧的热量集中在针孔，从而导致在短时间内换行。这些特性对防雷措施有重要作用，他们应该考虑绝缘电线用于架空配电线路。3.3.3 空气开关跳闸两相或三相接地故障因为雷电过电压，随后导致两相或三相短路，因为配电线路感应电流（故障电流）产生电弧导致发热和烧损。由于日本配电线路单相接地故障不会导致这样的情况，三个避雷器可能会被淘汰。因为这种保护方法降低配电系统的成本是有效的，一些电力公司已经采用这种方法时，采用弧角与氧化锌限流元件。广泛的使用，证明了该方法的有效性。然而，当一个避雷器被淘汰，雷击停运有时会发生在一个空气开关。我们通过实验检查空气开关的内部短路的可能性，存在于相邻磁极没有避雷器的条件下不同的磁极之间的火花放电并省略在与空气开关极点三个避雷器。3.3.4 配置OPDLs，低压线路和通信线路的效果 一个OPDL配置，这意味着导体包括架空地线的布置，因为导体之间的耦合效应。尤其低电压线，电信线，和其它金属线的工作就像当雷击直接或周围击中OPDL，因为和高压配电线路相比他们的绝缘强度小。这些电线可以视为多个架空地线。这种保护效果是相当大的，所以对这个效应应考虑中断率计算。3.4 雷电参数的影响，如量电荷，波前的时间，波前的相关性和雷电流的峰值，和地理特点。在日本，对opdls停运率已经使用第一笔峰值计算。最近的研究包括雷电参数，这些迄今没有考虑的。3.4.1 第一次雷击和随后的行程当计算OPDLs的火花放电率，由于雷电流小峰值随后被忽略。然而，随后的行程具有更短的电流波前，随后的行程有时可能比第一次雷击绝缘闪络点相同的雷击更严重。3.4.2 峰值和雷电流的波前的相关性通常峰值和雷电流的波阵面之间的相关性在计算OPDLs的火花放电率时被忽略。然而，一些数据表明，雷电流有较大的峰值波阵面。如果是这个条件，OPDLs的火花放电率将降低。3.4.3 闪电放电电荷量正如在第3.2.1节中讨论，避雷器断裂很大程度上受到闪电的充电量影响。罗柯夫斯基线圈与低频带（图18）和紧凑的数据采集系统具有大存储器被使用，以获得持续一秒以上时间的电流波形的数据。在一般情况下，一个闪电定位系统（LLS）不能测量带电量。在日本，对电荷量测量的研究已经持续。3.4.4 冬天的雷电灾害图冬季雷电频繁发生沿日本海沿岸，其特点与平常的夏季雷击很大的不同。东北地区包括冬季雷电的地区，以及夏天的雷电领域，因此，了解东北地区雷击停运的季节性特点很重要。从实地调查，在冬季，雷电损坏设备30是避雷器。在冬季雷电定位系统（LLS）检测每闪电雷击停运的数约为在夏天的3倍大。采取的闪电密度和电线杆考虑的，在6.6千伏配电线路的每个设备我们计算停运率因为夏季（4至12月）和冬季（9至3月）闪电8年在东北地区。此外，利用这些结果，我们提出了一个雷电灾害图在这一地区的配电线路考虑到季节性的特点（图19）。相同的研究已经在其他区域已经完成。3.5 接地opdls如果OPDLs的防雷系统仅由避雷器不包含架空地线，降低接地电阻可以给出一个更好的保护效果。但是，接地电阻的性能不恒定，如果OPDLs的雷电保护系统包含一个架空地线。下接地电阻并不总是提供更好的保护作用。至于引起过电压因为附近的雷击，横山等人指出了这一现象。此外，对于直接雷击击中到OPDL，横山等人指出与此相关的现象和Takahashi等人的实验结果。呈现在模拟结果的论文。虽然接地不仅防雷但也可用于其它目的，例如人的人员的安全安装，它为了达到最好的闪电保护OPDLs考虑适当的接地方法是重要的。3.6 对架空配电线路的雷击浪涌的分析方法升级3.6.1 杆上变压器建模当我们分析OPDLs的雷电浪涌性能，绝缘体或设备可以被视为一个放电间隙。但杆上变压器应该由电路初级绕组和次级绕组表示。为了分析高电压侧的现象，杆上变压器往往通过初级侧的电容模拟。最近，提出了各种仿真模型杆上变压器。最有代表性的是提出的野田等人的模型。3.6.2 三维电路电磁场FDTD分析方法该EMTP是非常有用和热门仿真程序对输电线路雷电浪涌的分析以及对配电线路。但EMTP不能对待非常快浪涌现象对OPDLs，如围绕杆上变压器的过电压时，闪电击中一个目标极点。非常快的现象应该由三维分析处理。由于关于计算机的运算速度的大的进展是在2000年，三维电路的电磁场的分析方法已被应用到分析雷电浪涌。松浦晃一郎等人采用时域有限差分方法对雷击OPDLs浪涌现象进行分析。时域有限差分方法也是受雷击引起过电压的分析非常有用的工具。引起过电压的先前分析过程如下进行：（1）计算电磁场感应雷击电流。（2）计算过电压考虑环境电磁场对线导体耦合现象。该FDTD方法可以直接通过雷电流没有特别考虑分析引起