一种雷电侵入波产生辐射场的计算方法技术

本发明专利技术公开了变电站电磁骚扰分析领域的一种雷电侵入波产生辐射场的计算方法

【技术实现步骤摘要】
一种雷电侵入波产生辐射场的计算方法


[0001]本专利技术属于变电站电磁骚扰分析领域，涉及一种雷电侵入波产生辐射场的计算方法
。

技术介绍

[0002]变电站高压导线充当了电磁辐射骚扰接收的天线，而驱动电磁辐射的场源就是变电站中的各种暂态电流
。
变电站强电磁骚扰源主要包括瞬态的隔离开关动作电弧
、
高压导线电晕
、
电气设备外绝缘沿面放电和闪络
、
雷电入侵波等
。
[0003]关于雷电侵入波过电压方面的研究
。
因建立的数学模型的不同，所用的方法多种多样
。
目前国内外通用电力系统暂态仿真程序
EMTP
进行雷电过电压的分析和计算
。
这类分析方法中，主要侧重雷电波的行波传导，忽略了电磁波在相邻两根导线之间的传播时延，不能用于分析远距离导线上的电磁耦合，仅适用于多根紧密并列导线上雷电波的耦合与传播
。
有学者建立了雷电通道天线模型和线缆接收雷电电磁脉冲的试验模型，利用天线
、
双绞线及同轴线耦合模拟雷电通道辐射出的雷电电磁波，分析耦合雷电电磁脉冲电压及频谱特征
。
[0004]对于雷电入侵波，由于线路入口处避雷器的作用，大部分雷电波限于避雷器外侧，而只有与避雷器残压对应的幅值的雷电波能够继续往前传入变电站网络，因此在变电站网络中计算电磁辐射场时，应该改变雷电流波的幅值，使之与避雷器残压之间的关系符合电磁波折反射规律<br/>。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种雷电侵入波产生辐射场的计算方法，所述方法包括：
[0006]步骤1：分析雷电波侵入变电站的传播途径并提出电压波
、
电流波的精确计算方法
[0007]如附图1，雷电侵入波
[1]入侵变电站时侵入波
[1]会经过避雷器
[2]沿着导线
[3]到达变压器
[4]，雷电侵入波
[1]会在变压器
[4]处发生全反射沿着导线
[3]向避雷器
[2]传播
。
当避雷器
[2]处的侵入波
[1]的数值大于避雷器
[2]的动作电圧时避雷器
[2]将动作，其动作的效果相当于避雷器
[2]向外释放一条等效波
[5]。
等效波
[5]也会沿着导线
[3]向变压器
[4]传播也会在变压器
[4]处发生全反射
。
随后的过程就是避雷器
[2]和变压器
[4]之间的导线
[3]不断有波的折反射
。
[0008]所述的侵入波
[1]认为是电压波，基于波的传播方向和波阻抗可以转换为电流波，但在上述侵入波传播途径的分析中均以电压波为描述对象
。
侵入波所采用的模型是经典的双指数模型：
[0009]U(t)
＝
A(e
‑
α
(t
‑
τ
)
‑
e
‑
β
(t
‑
τ
)
),t≥0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0010]所述的避雷器
[2]是普通的阀式避雷器
。
当施加在避雷器
[2]的电压大于其动作电压时，避雷器
[2]将动作，动作后避雷器
[2]将会接地，把侵入波
[1]泄放到大地
。
等效来看相当于避雷器
[2]向外侧注入了一个极性与侵入波
[1]相反但幅值与其相同的等效波
[5]。
[0011]所述的导线
[3]是变电站内传输电能的高压导线连接着避雷器
[2]和变压器
[4]。
[0012]所述的变压器
[4]是变电站内传输电能的变压器，对于入侵波
[1]来说变压器
[4]相当于开路，入侵波
[1]会在此处发生全反射
。
[0013]附图2所示是其具体的传播过程
。
图3中点
P
是线路
[3]上的一点，点
P
与避雷器
[2]相聚
l1，行波由避雷器
[2]传播到此处需要的时间为
t1；点
P
与变压器
[4]相聚
l2，行波由变压器
[4]传播到此处需要的时间为
t2。
式
(2)、
式
(3)
是分析点
P
所在位置的电压和电流，导线上其他位置依照此方法亦可求得其电压和电流
。
电流
I(t)
的正方向定义为从避雷器
[2]流向变压器
[4]的方向
。
[0014][0015]式中，
A
为雷电压峰值，
α
为波前衰减系数，
β
为波尾衰减系数，
t
d
为避雷器动作时间，
k
为侵入波第
k
次到达点
P
，
l
为雷电波从避雷器到电气设备的距离
,
τ
＝
l/v。
[0016][0017]式
(2)、
式
(3)
说明了侵入波在变电站内传播的复杂过程
。
通过此公式可以精确计算出避雷器
、
变压器和导线等任一点处的电压
、
电流情况
。
但为了方便雷电侵入波向外辐射电磁场的计算，本申请特将式
(2)、
式
(3)
做了归类和总结，降低了计算公式的应用难度使其更加适合计算机的编程使用
。
[0018][0019][0020]步骤2：计算长导线的直接电磁辐射
[0021]借用行波天线理论，当一条长导线在其终端接匹配电阻
R
L
时，没有反射波，导线上的电流为行波
。
为简化分析，忽略底面影响，假设导线垂直段的辐射可以忽略，并忽略沿线电流的衰减，长导线简化结构和坐标如图3所示
。
[0022]设行波沿导线的传播的相位常数等于波在自由空间的相位常数
k
，则长导线上的沿线电流可表示为：
[0023]I(z)
＝
I0e
‑
jkz
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0024]电流元的电磁场可表示为：
[0025][0026]按照叠加原理，长导线所产生的电磁场可由其上各电流元的电磁场的叠加来得到
。
由
(7)
可知，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种雷电侵入波产生辐射场的计算方法，所述方法包括：
S1
：测量变电站的物理尺寸，其中避雷器到变压器的距离为
l
，电磁波从避雷器传播到变压器所用时间为
τ
。S2
：计算雷电波入侵变电站时导线上的电压波和电流波
。
已知雷电波波形为
U(t)
＝
A(e
‑
α
(t
‑
τ
)
‑
e
‑
β
(t
‑
τ
)
),t≥0
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
将公式
(1)
进行适当变形结合附图1所示的雷电波在变电站内传播的过程得到变电站导线上某点电压波和电流波的表达式
。。S3
：计算长导线的直接电磁辐射
。
将
S2
中式
(3)
代入式
(4)
中，可以得到电流所引起的电磁辐射
。S4
：计算变电站高压导线网络的电磁辐射
。
对于导线...

【专利技术属性】
技术研发人员：何宁辉，程养春，吴旭涛，郎沂凡，沙伟燕，李秀广，周秀，丁培，
申请(专利权)人：华北电力大学，
类型：发明
国别省市：