将积分方法和领导者发展模型应用于混合架空线路中138 kV绝缘子的建模

138 kV混合输电线路绝缘子雷电闪络特性建模与验证，通过直接雷击塔杆的仿真与实验数据推导整流法参数，对比领导进展模型，验证两者V-t曲线与实测吻合，证实模型适用性。

　　

卢安娜·巴蒂斯塔·莫拉埃斯（Luana Batista Moraes）|亚历山大·皮安蒂尼（Alexandre Piantini）|米尔托姆·希吉哈拉（Miltom Shigihara）|佩特罗斯·P·ツオウリス（Petros P. Tsouris）|潘特利斯·N·米克罗普洛斯（Pantelis N. Mikropoulos）

巴西圣保罗大学能源与环境研究所

摘要

本文研究了138千伏绝缘子在混合架空线路中的闪络特性，这些特性是在雷电直接击中塔架时产生的过电压作用下的结果。积分法（Integration Method）的参数是根据对线路直接雷击的模拟以及实验测试数据得出的。比较结果表明，使用积分法和先导发展模型（Leader Progression Model）计算得到的电压-时间曲线与实测曲线非常吻合，这证实了这两种模型的适用性。

引言

近年来，电力公司在建设新的配电线路时面临空间不足的问题。为了解决这一问题并满足客户的能源需求，输电和配电线路可以共享相同的结构，以更好地利用可用空间[1]。这种类型的线路被称为“混合架空线路”[2]，图1展示了一个由138千伏、13.8千伏和220-127伏电路组成的混合架空线路的示例。

雷电通常是电力系统中电气干扰的主要原因，而输电线路的雷电防护性能会极大地影响一个国家能源供应系统的可靠性。不可靠的电力传输线路可能导致全面停电和巨大的经济损失。因此，在雷电分析中尽可能准确地描述这一现象非常重要。

当雷电击中塔架或架空地线时，可能会发生回闪络（backflashover）。此时，电流和电压波会沿着架空地线的两个方向传播，同时也会通过塔架传播，从而在其他导体上产生电流和电压。在每个不连续点都会发生反射，根据产生的过电压的幅度和波形，可能会发生回闪络。

为了评估雷电瞬态现象，使用适当的绝缘子闪络模型是获得准确结果的关键[3]。绝缘子串的闪络可以通过电压-时间曲线[[4], [5], [6]]、积分法[[6], [7], [8], [9]]或先导发展模型[[6,[10], [11], [12], [13], [14], [15]]来进行建模。

本文的结构如下：第2节介绍绝缘子闪络模型，第3节详细说明实验室测试内容，第4节解释使用积分法和先导发展模型进行的参数计算，第5节展示结果和分析，第6节提供结论性意见。

节选内容

绝缘子闪络模型

在使用电压-时间曲线时，绝缘子通常被模拟为一个开关或与电容器并联的开关。当其端子间的电压超过电压-时间特性时，开关会闭合，从而模拟一个中断。电压-时间曲线可以用以下公式表示：

$V_{FO}\left(t\right)=(0.82+1.455·t_{br}^{?0.75}·CFO$

• V_FO (t) 是闪络电压（千伏）；
• t_br 是闪络时间（微秒），其中 t_br < 16 微秒；
• CFO 是临界冲击闪络电压（千伏）。

积分法是一种绝缘子闪络模型

测试

测试装置如图2和图3所示，旨在模拟与绝缘子运行条件相似的环境。

金属结构由分成两半的金属桶制成，然后焊接在一起。组装完成后，将测试装置放置在离地面6米高的位置（图3）。使用铜带将结构与地面连接起来。采用15级冲击电压发生器进行测试，以获取非标准冲击下的绝缘子CFO和V-t曲线。

应用绝缘子闪络模型的参数

本节介绍了138千伏绝缘子的闪络模型。对于积分法，分析使用了作者获得的参数；而CIGRE先导发展模型则依赖于CIGRE推荐的标准参数。

结果与分析

图7至图14展示了所考虑的138千伏绝缘子的V-t曲线的测量值和计算值。将测量曲线与第3节中介绍的模型计算结果进行了比较。为了说明，还展示了使用Hileman [22]估算的参数通过积分法得到的曲线。电压参考了[16]中的标准大气条件。

结论

本文旨在提出适用于混合架空线路中138千伏绝缘子的模型，这些模型能够预测在雷电直接击中塔架时产生的实际过电压下的闪络现象。这些模型是通过积分法和先导发展模型获得的。研究的主要结果总结如下：

关于积分法，所提出的模型能够预测四种极性冲击下绝缘子的击穿情况

CRediT作者贡献声明

卢安娜·巴蒂斯塔·莫拉埃斯（Luana Batista Moraes）：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件开发、方法论、研究、形式分析、数据整理。亚历山大·皮安蒂尼（Alexandre Piantini）：撰写——原始草稿、可视化、验证、监督、软件开发、方法论、研究、形式分析、数据整理、概念化。米尔托姆·希吉哈拉（Miltom Shigihara）：撰写——原始草稿、可视化、验证、软件开发、方法论、研究、形式分析、数据整理。佩特罗斯·P·ツオウリス（Petros P. Tsouris）：撰写——原始草稿