连续冲击电流作用下土壤放电的影像观测方法及接地装置暂态特性研究

In the lightning protection design of transmission line, it is of great importance to analyze the transient characteristics of grounding device. The soil discharge process has direct impact on transient characteristics of grounding device. Due to the lack of research technique, however, the experimental conditions in the study of transient characteristics of grounding device is quite difference from the actual lightning situations. For now, the technique for the direct observation of soil discharge process and soil discharge characteristics is still limited. Therefore, in this project, we propose a method to observe soil discharge process directly based on X-ray digital imaging technology. Meanwhile, we plan to investigate the impact rules of various factors on soil discharge characteristics under continuous impulse current. By analyzing the image characteristics of soil discharge, we expect to reveal the generation and progress of soil discharge under natural lightning condition, which is also considered beneficial to the improvement of soil breakdown mechanism theory. Also, we expect to propose a new retrieval method of critical breakdown electric field strength and residual resistivity. Finally, a transient performance model of grounding device with continuous impulse current injected is put forward based on image characteristics of soil discharge.

在输电线路的防雷设计中，杆塔接地装置的暂态特性分析至关重要，而雷击时土壤的放电过程又是直接影响接地装置暂态特性的关键因素。然而由于试验技术的限制，接地装置暂态特性研究的试验条件与雷击时一次击穿多次放电的实际情况还有很大区别，并缺乏对土壤放电过程和土壤放电特性的直接观测手段。因此，本项目拟采用X射线数字成像技术直接观测连续冲击电流作用下土壤的放电过程，观测不同因素对连续冲击电流作用下土壤放电特性的影响规律，分析反映土壤放电过程的影像特征，进而揭示自然雷击条件下土壤放电发生、发展过程，完善对土壤冲击放电机理的认识，并提出依据土壤放电影像特征的土壤临界击穿场强、剩余电阻率的反演方法和连续冲击电流作用下接地装置暂态特性分析模型。

在输电线路的防雷设计中，杆塔接地装置的暂态特性分析至关重要，而雷击时土壤的放电过程又是直接影响接地装置暂态特性的关键因素。然而由于试验技术的限制，接地装置暂态特性研究的试验条件与雷击时一次击穿多次放电的实际情况还有很大区别，并缺乏对土壤放电过程和土壤放电特性的直接观测手段。因此，在本项目中：.第一，完成了土壤连续冲击放电及X射线投射观测平台搭建，实现了两者之间亚微秒级的同步时序配合及土壤内部放电形貌的获取，得到了X射线数字成像与土壤冲击放电之间的触发配合方法，及不同性质土壤冲击放电时X射线数字成像系统成像的延时规律，并针对不同性质的土壤得到了具有针对性的影像滤波降噪方法。.第二，提出了基于单视角的放电影像三维重构方法及考虑土壤恢复特性的连续冲击放电特征参数反演计算方法，并发现其继后冲击相比于单冲击具有衰减及恢复特性，完善了对土壤冲击放电机理的认识。依据影像特征，提出了基于参数VI的接地装置冲击散流性能评估方法。.第三，实验得到了土壤电阻率均随电场强度的变化规律，然后依据影像特征完成了土壤临界击穿场强和剩余电阻率反演计算方法的研究，并通过实验得到了影响土壤临界击穿场强和剩余电阻率大小的因素。最后完成了单冲击下土壤放电通道对邻近地中线缆的干扰效应的研究。.第四，依据放电通道形貌结构特征，提出了改进四分区结构模型用以描述土壤冲击放电过程，并依据连续冲击放电波形参数及土壤内部放电形貌特征，结合有限元方法，提出了考虑放电通道形貌特征的动态生长发展模型。最后通过连续冲击放电的衰减，恢复及过恢复的特性，提出了考虑时间间隔变化的自然雷击条件下接地装置安全性能的评估方法。