CN109753703A - 一种配电线路防雷等级评估方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种配电线路防雷等级评估方法，包括有S1：收集配电线路电气及结构参数，建立线路参数数据库；S2：统计分析配电线路地区实际落雷数据，建立地闪密度统计模型、雷电流幅值概率分布函数拟合模型；S3：建立基于电磁暂态数值仿真程序PSCAD\EMTDC的配电线路雷电过电压精确仿真分析模型；S4：仿真计算配电线路在不同线路结构、落雷数据、地形地貌下的耐雷水平及雷击跳闸率；S5：整理仿真数据并建立配电线路防雷等级评估数学模型，评估配电线路防雷等级。本发明以配电线路参数、雷电定位***数据等指标值为基础，根据计算模型可以直接得到每基杆塔的防雷等级，提高了配电线路防雷等级评估的有效性和科学性。
Description
技术领域
本发明属电气技术领域，更为具体的是，涉及一种配电线路防雷等级评估方法。
背景技术
配电线路是电力***的重要组成部分，它是电能分配的最后一级，它将电能直接供给到专变用户，再通过配电变压器将电能分配到普通电力用户上，其运行的安全稳定性直接关系到电力用户的用电可靠性。雷击是影响配电线路安全运行的主要因素之一，相关统计表明，我国配电线路事故中雷击事故高达40％-70％。因此，准确的评估配电线路的防雷等级，对于有效开展配电线路雷电防护工作意义重大。
配电线路结构复杂，防雷等级评估工作量较大，且雷电数据具有明显的时间特性和空间特性，防雷等级评估结果时效性不长。且配电线路没有具体规范对其雷击跳闸率指标值进行规定，不同地区不同线路的指标值也略有不同，这造成了防雷等级评估结果的不确定性。因此，需要基于配电线路参数、落雷数据和跳闸率指标值建立配电线路防雷等级评估方法，对配电线路的防雷等级进行准确评估。
发明内容
本发明为克服上述现有技术所述的至少一种缺陷，提供一种配电线路防雷等级评估方法，具有对配电线路的防雷等级进行准确评估的优点。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种配电线路防雷等级评估方法，其中，包括以下步骤：
S1：收集配电线路电气及结构参数，建立线路参数数据库；
S2：统计分析配电线路地区实际落雷数据，建立地闪密度统计模型、雷电流幅值概率分布函数拟合模型；
S3：建立基于电磁暂态数值仿真程序PSCAD\EMTDC的配电线路雷电过电压精确仿真分析模型；
S4：仿真计算配电线路在不同线路结构、落雷数据、地形地貌下的耐雷水平及雷击跳闸率；
S5：整理仿真数据并建立配电线路防雷等级评估数学模型，评估配电线路防雷等级。
在一个实施方式中，在步骤S1中，数据参数包括：杆塔高度、绝缘子类型、杆塔接地电阻、地形地貌、历史雷击故障情况。
在一个实施方式中，在步骤S2中，建立地闪密度统计模型和雷电流幅值概率分布函数拟合模型过程包括如下步骤：
S21：建立雷电数据统计模型和雷电流幅值概率分布函数拟合公式，表达式如式(1)所示；
式中I0为雷电流幅值，kA；P(I0)为雷电流幅值超过I0的概率；α、β为参数。
S22：编写计算模型代码；
S23：对模型进行测试。
在一个实施方式中，步骤S3中仿真模型包括：杆塔模型、闪络判据模型、避雷器模型、传输线模型、雷电流模型和雷电感应过电压模型。
在一个实施方式中，步骤S3中，雷击跳闸率包括直击雷过电压跳闸率和感应雷过电压跳闸率，其中直击雷包括雷直击导线和雷击杆塔两种情况。
在一个实施方式中，步骤S4中雷击跳闸率计算模型为数学计算模型，输入线路参数、雷电数据和地形地貌，得出雷击跳闸率。
在一个实施方式中，步骤S5中建立数学模型包括以下步骤：
S51：确定数学模型的输入量和输出量，其中输入量为该地区雷电数据文件、杆塔结构、绝缘子类型、地形特征和雷击跳闸率指标值，输出量为防雷评估等级；
S52：针对配电线路雷电过电压精确仿真分析模型得到的仿真数据，将数据储存在excel文件中，利用MATLAB中的xlsread和xlswrite文件调用函数在excel文件中读取数据，得到对应参数下的耐雷水平；
S53：根据雷击跳闸率计算公式在MATLAB中建立相应的函数，并进行雷击跳闸率计算；
S54：使用if-else-end选择结构，控制数学模型输出对应的防雷评估等级。
优选地，计算模型测试过程包括：
S51：输入杆塔的数据参数；
S52：计算模型输出杆塔对应的防雷等级和雷击跳闸率，防雷等级分为A、B、C、D，分别以跳闸率指标值为基准值，以基准值的0.5倍递增。
本发明的有益效果：
基于所有配电线路参数和落雷数据以及地形地貌，建立了配电线路防雷等级评估计算模型，输入参数为：杆塔高度、绝缘子类型、接地电阻、落雷数据、雷击跳闸率指标值和地形地貌，输出结果为配电线路防雷等级和雷击跳闸率。该方法可以简化配网防雷的计算过程，以“大数据”的思维指导配电网防雷工作，而且输入参数灵活多变，可同时考虑较多影响因素，提高了配电网防雷等级评估的准确性和科学性。
附图说明
图1为本发明实施公开的一种配电线路防雷等级评估方法的流程示意图；
图2为配电线路杆塔结构图；
图3为杆塔所处地理地貌类型及结构示意图；
图4配电线路防雷等级评估方法操作界面示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
实施例1：
如图1所示，本发明公开的一种配电线路防雷等级评估方法，包括：
S1：收集配电线路电气及结构参数，建立线路参数数据库；
在本申请实例中，配电线路参数包括：杆塔高度、绝缘子类型、杆塔接地电阻、地形地貌。
在本实施例中，首先收集配电线路可能出现的所有参数，然后组合得到各种工况下的实际线路参数，统计结果包括所有配电线路的所有杆塔的线路参数。
S2：统计分析配电线路地区实际落雷数据，建立地闪密度统计模型、雷电流幅值概率分布函数拟合模型；
在本申请实例中，建立地闪密度统计模型和雷电流幅值概率分布函数拟合模型过程包括如下步骤：
S21：建立雷电数据统计模型和雷电流幅值概率分布函数拟合公式，表达式如式(1)所示；
式中I0为雷电流幅值，kA；P(I0)为雷电流幅值超过I0的概率；α、β为参数。
S22：编写计算模型代码；
S23：对模型进行测试。
本实施例中，落雷数据处理模型包括落雷密度处理模型和雷电流幅值概率分布函数拟合模型，只需要导入雷电定位***监测的落雷数据文件即可导出落雷密度分布区间和雷电流幅值概率分布函数，无需进行复杂的人工统计过程。
S3：建立基于电磁暂态数值仿真程序PSCADEMTDC配电线路雷电过电压精确仿真分析模型；
本实施例中，仿真模型包括：杆塔模型、闪络判据模型、避雷器模型、传输线模型、雷电流模型和雷电感应过电压模型。
图2为杆塔结构示意图。
S4：仿真计算配电线路在不同线路结构、落雷数据、地形地貌下的耐雷水平和雷击跳闸率；
本实施例中，地形地貌包括：平地、山谷、山顶、爬坡、沿坡和跨谷，结构示意图如图3所示。
本实施例中，配电线路在不同结构下的耐雷水平均通过基于实际参数建立的仿真模型计算得到，将计算结果作为配电线路防雷等级评估方法的数据库，该数据库包括配电线路所有杆塔的实际耐雷水平，且可以根据配电线路参数的变化或更新对数据库进行补充。
S5：整理上述仿真数据并建立配电线路防雷等级评估数学模型，评估配电线路防雷等级。
本实施例中，建立数学模型包括以下步骤：
S51：确定模型的输入量和输出量，其中输入量为该地区雷电数据文件、杆塔结构、绝缘子类型、地形特征和雷击跳闸率指标值，输出量为防雷评估等级；
S52：针对配电线路雷电过电压精确仿真分析模型得到的仿真数据，将数据储存在excel文件中，利用MATLAB中的xlsread和xlswrite文件调用函数在excel文件中读取数据，得到对应参数下的耐雷水平；
S53：根据雷击跳闸率计算公式在MATLAB中建立相应的函数，并进行雷击跳闸率计算；
S54：使用if-else-end选择结构，控制模型输出对应的防雷评估等级。
配电线路无统一规范对其雷击跳闸率指标值进行规定，各地区不同线路指标值也有所不同，采用统一的指标值对配电线路没有普适性。本发明所建立的配电线路防雷等级评估方法的雷击跳闸率指标值为输入参数，计算的防雷等级与每一条线路的实际指标值相对应。
本实施例中，计算模型测试过程包括：
S51：输入该杆塔的数据参数；
S52：计算模型输出该杆塔对应的防雷等级和雷击跳闸率，防雷等级分为A、B、C、D，分别以跳闸率指标值为基准值，以基准值的0.5倍递增。
本实施例中，如图4所示，为配电线路防雷等级评估方法操作界面所示，最后建立的数学模型可以对配电线路防雷等级进行计算。只需输入杆塔高度、绝缘子长度、接地电阻、地形地貌、指标值，导入雷电定位***监测的数据文件即可输出防雷等级和雷击跳闸率。
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种配电线路防雷等级评估方法，其特征在于包括以下步骤：
S1：收集配电线路电气及结构参数，建立线路参数数据库；
S2：统计分析配电线路地区实际落雷数据，建立地闪密度统计模型、雷电流幅值概率分布函数拟合模型；
S3：建立基于电磁暂态数值仿真程序PSCAD\EMTDC的配电线路雷电过电压精确仿真分析模型；
S4：仿真计算配电线路在不同线路结构、落雷数据、地形地貌下的耐雷水平及雷击跳闸率；
S5：整理仿真数据并建立配电线路防雷等级评估数学模型，评估配电线路防雷等级。
2.根据权利要求1所述的配电线路防雷等级评估方法，其特征在于，所述步骤S1中，线路参数包括：杆塔高度、绝缘子类型、杆塔接地电阻、地形地貌。
3.根据权利要求1所述的配电线路防雷等级评估方法，其特征在于，所述步骤S2中的建立地闪密度统计模型和雷电流幅值概率分布函数拟合模型过程包括如下步骤：
S21：建立雷电数据统计模型和雷电流幅值概率分布函数拟合公式，表达式如式(1)所示；
式中I0为雷电流幅值，kA；P(I0)为雷电流幅值超过I0的概率；α、β为参数。
S22：编写计算模型代码；
S23：对模型进行测试。
4.根据权利要求1所述的配电线路防雷等级评估方法，其特征在于所述步骤S3中仿真模型包括：杆塔模型、闪络判据模型、避雷器模型、传输线模型、雷电流模型和雷电感应过电压模型。
5.根据权利要求1所述的配电线路防雷等级评估方法，其特征在于，所述步骤S3中，雷击跳闸率包括直击雷过电压跳闸率和感应雷过电压跳闸率，其中直击雷包括雷直击导线和雷击杆塔两种情况。
6.根据权利要求1所述的配电线路防雷等级评估方法，其特征在于，通过步骤S4中雷击跳闸率计算模型为数学计算模型，输入线路参数、雷电数据和地形地貌，得出雷击跳闸率。
7.根据权利要求1所述的配电线路防雷等级评估方法，其特征在于，所述步骤S5中的建立数学模型包括以下步骤：
S51：确定数学模型的输入量和输出量，其中输入量为该地区雷电数据文件、杆塔结构、绝缘子类型、地形特征和雷击跳闸率指标值，输出量为防雷评估等级；
S52：针对配电线路雷电过电压精确仿真分析模型得到的仿真数据，将数据储存在excel文件中，利用MATLAB中的xlsread和xlswrite文件调用函数在excel文件中读取数据，得到对应参数下的耐雷水平；
S53：根据雷击跳闸率计算公式在MATLAB中建立相应的函数，并进行雷击跳闸率计算；
S54：使用if-else-end选择结构，控制数学模型输出对应的防雷评估等级。
8.根据权利要求7所述的配电线路防雷等级评估方法，，其特征在于计算模型的测试过程包括以下步骤：
S51：输入杆塔的数据参数；
S52：计算模型输出杆塔对应的防雷等级和雷击跳闸率，防雷等级分为A、B、C、D，分别以跳闸率指标值为基准值，以基准值的0.5倍递增。
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