非标准雷电波下电晕特性及其对线路雷电暂态的影响

This project conducts a research into the corona characteristics under nonstandard lightning impulses and the corona effect on lightning transients on overhead lines. The experimental set-up is built in the high voltage laboratory to measure the q-u curves under damped oscillation impulses. The measured comparisons are made to find the essential difference between the q-u curves under damped oscillation and double exponential impulses. The enquiry is also held into the waveform parameters of damped oscillation impulses on the q-u curves. For calculating the q-u curves, a microcosmic model is presented on the gas discharge theory. The model describes the corona streamer discharge as a series of successive generations of electron avalanches. With a space-time discretization for the discharge process, the collision ionization, attachment, photoionization, drift and recombination are taken into account. On the basis of the model, a numerical algorithm is proposed for simulation of the lightning transients on overhead lines. In the algorithm, the diffential equations of the nonlinear branches of corona are solved by the semi-explicit Runge-Kutta method and the remaining linear circuits are calculated by using the solution of the nonlinear branches. As a result, the lightning transient responses can be obtained for overhead lines by means of the proposed algorithm.

本申请项目拟研究非标准雷电波下电晕特性及其对线路暂态影响等问题。首先在高压实验室内构建冲击电晕放电试验系统，测取衰减振荡波下电晕伏库特性，调查衰减振荡波和传统双指数波这两种波形下电晕伏库特性之间的基本差别，确定衰减振荡波波形参数与其电晕伏库特性主要指标之间的相关性。再依据气体放电理论，建立冲击电晕的微观模型，该模型将电晕流注放电等值地处理为一代、一代电子崩的发展过程，对该发展过程从时间和空间上进行离散化，可综合考虑碰撞电离、光电离、带电粒子迁移和复合等微观现象，通过模型计算，可产生电晕伏库特性。然后，以这一模型为基础，拟定线路雷电暂态求解的数值算法，该算法先按雷电波波头对线路进行分段，采用半隐式龙格库德法来求解电晕非线性支路的微分方程，再由电晕非线性支路的暂态解来求取其余线性电路的暂态响应，从而获得线路的雷电暂态全解。

本申请项目分别从试验调查和理论计算两方面入手，对非标准型衰减振荡波下电晕特性及其对线路暂态影响等问题开展研究。首先在高压实验室内构建能同时适合于双指数波和衰减振荡波两种波形下进行冲击电晕伏库特性测量的试验系统，测取这两种波形下电晕伏库特性，调查它们之间的基本差别，探讨衰减振荡波波形参数与其电晕伏库特性主要指标之间的相关性，考察分裂导线对电晕伏库特性的影响。再根据气体放电理论，建立冲击电晕的数学物理模型。在该模型中，通过对电晕放电发展过程进行时间和空间的离散化处理，可以同时计及碰撞电离与附着、空间光电离、带电粒子漂移与复合等微观物理过程，通过模型计算，能自动生成双指数与衰减振荡波下电晕的伏库特性。由计算得到的伏库特性与实测结果进行了对比，两者能较好地吻合。根据计算得到的空间电场分布随时间变化关系，讨论了衰减振荡波下电晕伏库特性上的次回环形成机制，提出了反极性电晕可能是次回环形成原因的推断。然后使用时域有限差分法求解传输线方程，建立了频变参数多相线路模型。使用矢量拟合方法和递归卷积技术，导出了在时域考虑线路参数频率相关性的有限差分迭代公式。将所建立频变参数线路模型的计算结果与EMTP-RV仿真结果以及文献报道的实测结果进行校验，两者之间能呈现出较好的一致性。在改造双指数波下电晕伏库特性模拟方式的基础上，推出了能同时模拟双指数和衰减振荡波下电晕伏库特性的扩展方式，并将该扩展方式引入多相线路模型，分别计算了双指数和衰减振荡波沿线路传输时的衰减变形波形。这两种波形的计算结果能够与实测结果较好地符合，从而验证了所建多相线路模型与暂态算法的有效性。最后还通过对比计算分析了正、负极性衰减振荡波下电晕伏库特性上次回环对衰减变形计算结果的影响。