27378

بررسي پديده جرقه برگشتي در خطوط فشار قوي با در نظر گرفتن شبكه زمين دكل و سطح عايقي

كارشناسي ارشد

مهندسي برق- گرايش سيستم هاي قدرت

1398

1401/06/29

دكتر احمد غلامي

مهندسي برق

ارتقاء و بهبود شاخص هاي قابليت اطمينان به دليل عدم تامين انرژي در بخش قدرت، مسئله حياتي و مهم در بازار انرژي مي باشد. يكي از مهم ترين رخداد هاي طبيعي كه به شدت بر روي عملكرد خطوط انتقال و قابليت اطمينان سيستم قدرت تأثير گذار است، صاعقه است چرا كه همواره يكي از دلايل اصلي خروج خط و همچنين آسيب به تجهيزات سيستم قدرت بوده و هست. صاعقه اضافه ولتاژهايي را به دو صورت مستقيم و غيرمستقيم در سيستم هاي الكتريكي و الكترونيكي به وجود مي آورد. در اثر اصابت مستقيم صاعقه به سيم هاي محافظ هوايي يا بدنه دكل، اضافه ولتاژهاي گذراي شديدي بين دكل و هادي فازها (دو سر زنجيره مقره اي) ايجاد مي شود. زماني كه دامنه اضافه ولتاژ ايجاد شده در دو سر زنجيره مقره اي از سطح عايقي آن و يا مقدار ولتاژ جرقه بحراني (CFO) بيشتر مي شود، اين موضوع نهايتاً منجر به ايجاد جرقه برگشتي (‌BF) بين دكل و هادي فازها (از طريق مقره) مي گردد. با وقوع جرقه برگشتي، امواج مخرب صاعقه به فازهاي خطوط انتقال منتقل شده و از طريق اين خطوط باعث تخريب تجهيزات الكترونيكي منتهي به آن مي شوند.اين پديده به پارامتر هاي موج جريان صاعقه، امپدانس مشخصه سيستم(سيم محافظ، خط انتقال و دكل) و مقاومت زمين پاي دكل وابسته است و همچنين اين پديده، نقش اساسي و مهمي را در تعيين عملكرد صاعقه خطوط انتقال فشار قوي، ايفا مي كند. در اين پايان نامه با انجام مطالعه بر روي يك خط انتقال دو مداره 150 كيلوولتي، به بررسي رفتار اين خط در برابر پديده جرقه برگشتي پرداخته مي شود. مدل سازي اجزاي شبكه مورد مطالعه با استفاده از مدل هايي با دقت بالا، در محيط نرم افزار تحليل حالت گذراي الكترومغناطيسي EMTP_RV نسخه 4.1 انجام شده است. جهت مدل سازي شبكه زمين پاي دكل از سه نوع مدل سازي استفاده شده است: مدل مقاومت ثابت، مدل مقاومت غيرخطي (در نظر گرفتن يونيزاسيون خاك) و مدل وابسته به فركانس كه به دنبال آن، تأثير تغييرات حداكثر دامنه موج جريان صاعقه و همچنين تغييرات زمان پيشاني و پشت موج جريان صاعقه به ازاي حالت هاي مختلف در مدل سازي شبكه زمين پاي دكل، بر روي دامنه اضافه ولتاژ روي زنجيره مقره اي بررسي شده است. همچنين افزايش پتانسيل زمين(GPR)، به ازاي حالت هاي مختلف در مدل سازي شبكه زمين پاي دكل نيز بررسي شده است. در ادامه با اعمال موج هاي جريان صاعقه مختلف، فاز هايي كه دچار تخليه الكتريكي شده اند، به ازاي هريك از حالت هاي مدل سازي شبكه زمين پاي دكل مشخص شده اند و علاوه بر اين موضوع، با افزايش طول زنجيره مقره اي مجدداً اين بررسي بر روي فاز ها انجام شده است، تا تأثير افزايش سطح عايقي بر روي پديده جرقه برگشتي نيز مورد مطالعه قرار گيرد.

1401/08/29

Investigation of back flashover phenomenon in high-voltage transmission lines with consideration of tower's grounding grid and insulation level

9/20/2023 12:00:00 AM

Upgrading and improving reliability factors is a vital and important issue in the energy market due to the lack of energy supply in the power system. One of the most important natural phenomena that strongly affects the performance of transmission lines and the reliability of the power system is lightning strike, because it has always been one of the main reasons for line outages as well as damage to power system equipment. Lightning creates overvoltages in electrical and electronic systems, both with direct and indirect strikes. As a result of a direct lightning strike on the shield wires or the body of the tower, severe transient overvoltages will be created between the tower and the conductor of the phases (across the insulator string). When the overvoltage amplitude created across the insulator string exceeds its insulation level or the value of the critical flashover voltage (CFO), this ultimately leads to the creation of back flashover (BF) between the tower and the conductor of the phases (through the insulator string). With the back flashover, the destructive lightning waves are transferred to the phases of the transmission lines and by flowing through these lines, they’ll cause damages to the electronic equipment leading to it. This phenomenon depends on the parameters of the lightning current wave, the impulse impedance of the system (shielding wire, transmission line and tower) and the footing grounding resistance,.This phenomenon also plays a fundamental and important role in determining the lightning performance of high voltage transmission lines. In this thesis, by conducting a study on a 150 kV double-circuit transmission line, the behavior of this line against the back flashover phenomenon is investigated. The modeling of the studied network components has been done using accurate models in the EMTP-RV software version 4.1, a specialized software for electromagnetic transient analysis. Three types of grounding systems are used to model the tower grounding grid: Constant Resistance model, Non-Linear Resistance model (considering the soil ionization effect) and Frequency Dependent model. The effect of changes in the maximum amplitude of the lightning current wave as well as different values of its front and tail time is investigated for different methods of tower grounding grid’s modeling impact on the overvoltage magnitude across the insulator string. Also, the grounding potential rise (GPR) for different methods of tower grounding grid’s modeling has also been investigated. In the following, by applying different lightning current waves, the phases that had electrical discharge have been determined for each methods of tower grounding grid’s modeling, and in addition to this, by increasing the length of the insulator string, this investigation has been carried out again on the phases, in order to study the effect of increasing the insulating level on the back flashover phenomenon.

اضافه ولتاژ , جرقه برگشتي , خطوط انتقال فشارقوي , شبكه زمين پاي دكل , صاعقه , هماهنگي عايقي

Back flashover , High voltage transmission lines , Insulation coordination , Lightning , Over voltage , Tower grounding system

Mahdi Rezaei

Dr. Ahmad Gholami