气体灭弧防雷方法及应用

《气体灭弧防雷方法及应用》从现代雷电防护理论及应用的角度出发，系统地介绍了两种新型气体灭弧防雷方法的理论研究、计算模型、数值方法、科学试验及实际运行等，同时结合绕击、反击和多重雷击的特性分析，介绍了气体灭弧防雷方法在雷电防护中的实际运用效果。读者在学习理论时，可以掌握仿真及试验方法，有助于对气体灭弧理论的理解，并通过了解其实际应用情况，认识气体灭弧防雷方法对工程防雷的重要价值。

序
前言
第1章 绪论 1
1.1 输电线路防雷现状 1
1.1.1 雷电参数 3
1.1.2 阻塞型防雷体系 8
1.1.3 疏导型防雷体系 12
1.2 输电线路复杂性雷击工况 13
1.2.1 多重雷击和多次回击工况 14
1.2.2 超过耐雷水平的雷击工况 21
1.2.3 档距中央雷击工况 26
1.3 气体灭弧防雷概述 32
1.3.1 国内外气体灭弧防雷相关研究 33
1.3.2 气体灭弧防雷的特点 38
参考文献 39
第2章 雷电诱导固相气体灭弧防雷方法 41
2.1 爆炸特性 41
2.1.1 爆炸过程热效应 41
2.1.2 爆炸过程高速性 42
2.1.3 爆炸过程形成气体产物 43
2.1.4 C-J爆轰理论 44
2.2 电弧等离子体特性 50
2.2.1 电弧等离子体运动特性 51
2.2.2 电弧等离子体能量特性 52
2.3 爆炸气流和等离子电弧的耦合机制和特性 58
2.3.1 电弧速度场模型 58
2.3.2 电弧温度场模型 60
2.3.3 电弧元半径的求解 61
2.3.4 电弧重燃判据 62
2.3.5 爆炸气流耦合电弧效应 62
2.4 重燃抑制机理 64
2.4.1 固相爆炸气流产生压力 64
2.4.2 弧隙介质恢复理论 66
2.5 雷电诱导固相爆炸气流实现建弧抑制方法 72
2.5.1 气体灭弧的发展 72
2.5.2 雷电诱导固相爆炸气流灭弧主要原理 73
2.5.3 残压低特性 76
2.5.4 通流容量大特性 76
2.5.5 多重雷击防护 77
2.6 爆炸气流耦合电弧仿真分析 78
2.6.1 ANSYS AUTODYN仿真分析 78
2.6.2 FLUENT仿真分析 94
2.7 雷电诱导固相气体灭弧试验 102
2.7.1 雷电冲击放电电压试验 102
2.7.2 灭弧防雷装置有效性测试试验 103
2.7.3 响应时间、灭弧时间测试试验 106
2.8 基于气体灭弧的雷击跳闸率分析 110
2.8.1 固相气体灭弧雷击跳闸效果分析 110
2.8.2 算例分析 112
参考文献 113
第3章 冲击压缩灭弧防雷方法 116
3.1 “工频电弧诱导型”灭弧防雷间隙的发展及瓶颈 116
3.2 压缩灭弧物理学原理 120
3.3 压缩灭弧机理和特性 120
3.3.1 冲击电弧在靠前压缩条件下的能量分段形成机理 120
3.3.2 冲击电弧所受径向压力到轴向压力的转化及突变拐点的形成机理 127
3.3.3 自膨胀气流的触发及冲击电弧的弧柱能量分段形成机理 131
3.3.4 冲击电弧与工频电弧的耦合与解耦及纵吹气流灭弧解析 138
3.4 压缩灭弧方法的特点 146
3.5 压缩灭弧试验及分析 146
3.5.1 模拟冲击电弧电流的基本原理 146
3.5.2 灭弧试验方案设计及步骤 148
3.5.3 试验结果及分析 150
3.6 压缩灭弧扰动下的建弧率 154
3.6.1 建弧率的基本原理 154
3.6.2 压缩灭弧扰动下的建弧率 155
3.7 雷击跳闸率的性对策 157
3.7.1 输电线路雷害现状 157
3.7.2 常用的线路防雷方法 159
3.7.3 压缩灭弧扰动作用下的跳闸率计算 160
参考文献 162
第4章 雷击防护的分析计算与对策 163
4.1 电气几何模型 163
4.1.1 雷击物理过程 163
4.1.2 模型设置 164
4.1.3 镜像法计算感应电荷 168
4.1.4 电场力计算 177
4.1.5 向量电气几何模型 178
4.1.6 绕击率计算结果比较 179
4.2 蒙特卡洛法在绕击跳闸率计算中的应用 183
4.2.1 概述 184
4.2.2 ATP-EMTP程序的基本原理 184
4.2.3 蒙特卡洛法计算绕击跳闸率的原理 189
4.2.4 模型建立 190
4.2.5 蒙特卡洛法计算绕击跳闸率的程序流程 191
4.2.6 500kV输电线路绕击跳闸率的计算案例 191
4.3 绕击跳闸率影响因素 194
4.3.1 地面倾角的影响 194
4.3.2 雷电先导入射角的影响 196
4.3.3 避雷线保护角的影响 197
4.3.4 导线高度的影响 197
4.3.5 击距系数的影响 199
4.3.6 温度的影响 199
4.3.7 绝缘强度的影响 200
4.4 击距系数对绕击耐雷性能影响的研究 201
4.4.1 概述 201
4.4.2 击距系数模型的建立 202
4.4.3 绕击跳闸率的计算 206
4.4.4 档距中央绕击防护仍属空白 207
4.5 气体灭弧的绕击防护 209
4.5.1 雷电诱导固相爆炸能量的响应时间 209
4.5.2 绕击建弧率 210
4.6 反击防护 213
4.6.1 基于矢量电气几何模型的反击概率 213
4.6.2 反击建弧率 216
4.6.3 档距中央反击防护仍属空白 217
4.7 多重雷击防护 220
4.7.1 多重雷击的性质 220
4.7.2 多重雷击防护效果 222
参考文献 224
第5章 气体灭弧防雷间隙绝缘配合 226
5.1 气体灭弧防雷间隙的试验前准备 226
5.1.1 气体灭弧防雷间隙装置结构及工作原理 226
5.1.2 灭弧防雷装置结构及触发过程 227
5.1.3 试验场地、设备及所制作金具类型简介 228
5.2 气体灭弧防雷间隙装置雷电冲击试验及理论仿真分析 233
5.2.1 雷电冲击绝缘配合试验概述 233
5.2.2 绝缘子串和各种间隙类型金具雷电冲击放电测试及比较 234
5.3 气体灭弧防雷间隙装置优先放电理论分析 247
5.3.1 气体介质电气强度改变 247
5.3.2 基于改变电场分布及库仑力引雷的灭弧防雷间隙分析 249
5.4 基于引弧环改变灭弧防雷间隙电磁场分布的模拟仿真 250
5.4.1 Maxwell有限元软件简介 250
5.4.2 应用Maxwell有限元软件模拟气体灭弧间隙电磁场分布 251
5.5 本章小结 254
参考文献 255
第6章 架空输电线路防雷指标计算及应用 257
6.1 雷击过电压 257
6.1.1 雷击线路附近大地时的感应雷击过电压 257
6.1.2 雷击线路杆塔时的感应雷击过电压 259
6.2 耐雷水平 260
6.2.1 雷击杆塔顶部耐雷水平 260
6.2.2 雷击避雷线档距中央耐雷水平 263
6.2.3 绕击耐雷水平 267
6.3 雷击跳闸率 270
6.4 架空输电线路防雷措施 270
6.4.1 架设避雷线 271
6.4.2 降低杆塔接地电阻 271
6.4.3 架设耦合地线 271
6.4.4 采用不平衡绝缘方式 271
6.4.5 装设自动重合闸 272
6.4.6 采用消弧线圈接地方式 272
6.4.7 装设侧向避雷针 272
6.4.8 加强绝缘 272
6.4.9 安装线路避雷器 272
6.4.10 安装气体灭弧防雷间隙 273
6.5 气体灭弧防雷下的雷击跳闸率 273
6.5.1 气体灭弧防雷下的建弧率 273
6.5.2 气体灭弧防雷下的雷击跳闸率 277
6.6 应用案例 281
6.6.1 南宁某110kV线路应用情况 281
6.6.2 北海某110kV、220kV线路应用情况 282
6.6.3 广东某炼化公司110kV线路应用情况 283
6.6.4 北海某炼化公司110kV线路应用情况 284
6.6.5 新疆某110kV线路应用情况 287
6.6.6 梧州某10kV线路应用情况 287
6.6.7 凭祥某10kV线路应用情况 288
参考文献 288