CN110687371A - 一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法及*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法及***，属于高电压技术领域。本发明方法包括：对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度；获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。本发明中能对同塔多回输电线路中各回线路的雷电绕击跳闸率进行仿真计算，为评估、优化同塔多回输电线路的防雷设计提供理论支撑。

Description

一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法及***

技术领域

本发明涉及高电压技术领域，并且更具体地，涉及一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法及***。

背景技术

同塔多回输电线路的设计和建设是提高线路走廊的单位输送容量、有效节省线路走廊所占土地资源的重要手段。750kV同塔4回输电线路可增大我国西北地区电网单位线路走廊的输送容量，节省线路走廊和工程投资，尤其是在走廊特别紧张地区解决线路通道问题的优选方案。但是，也只是由于750kV同塔4回输电线路的紧凑性设计，使得其雷电性能等方面与常规的750kV线路相比都发生了一定的变化。例如，根据我国500/220kV及220/110kV同塔多回线路的运行统计和仿真研究结果，发现地线保护角对临近上层横担线路的绕击闪络率有明显影响，而对远离的下层横担线路的绕击跳闸率几乎没有影响。另外，750kV同塔4回输电线路杆塔高、间隙大，现有的EGM模型及参数不在适用计算750kV同塔4回输电线路的绕击跳闸率，需要针对其大尺寸特性对相关参数进行修正。

发明内容

针对上述问题本发明提出了一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法，所述方法包括：

对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；

根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度；

根据所述投影长度，获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。

可选的，试验数据，包括：棒-棒间隙放电数据和棒-板间隙放电数据。

可选的，获取塔多回线路的击距和大地击距，具体为：

确定同塔多回线路间隙放电特性，公式如下：

d＝1.12U₅₀ ^1.63 (1)

其中，U₅₀为雷电冲击作用下，击穿概率为50％时的冲击电压值；

确定雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系，公式如下:

V_S＝3.7I_P ^0.66 (2)

根据式1和2，另d＝r_s，V_S＝U₅₀ ^1.63；

获取击距，

公式如下：

r_s＝9.45I_P ^1.08 (3)

根据式3获取大地击距，公式如下：

r_sg＝n×r_s (4)

其中，n为大地击距系数，n＞1。

可选的，获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，具体为：

根据暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度获取单位长度线路绕击次数的微分表达式，进而获取线路绕击闪络率n，公式如下：

N_g为地闪密度、X为暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度、f(I)为雷电流幅值概率密度函数、I_c为能引起导线绕击闪络的临界雷电流和I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流。

本发明还提出了一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的***，所述***包括：

第一参数获取模块，对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；

第二参数获取模块，根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度；

第三参数获取模块，根据所述投影长度，获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。

可选的，试验数据，包括：棒-棒间隙放电数据和棒-板间隙放电数据。

可选的，第一参数获取模块，用于：

确定同塔多回线路间隙放电特性，公式如下：

d＝1.12U₅₀ ^1.63

其中，U₅₀为雷电冲击作用下，击穿概率为50％时的冲击电压值；

确定雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系，公式如下:

V_S＝3.7I_P ^0.66

根据式1和2，另d＝r_s，V_S＝U₅₀ ^1.63；

获取击距，公式如下：

r_s＝9.45I_P ^1.08

根据式3获取大地击距，公式如下：

r_sg＝n×r_s

其中，n为大地击距系数，n＞1。

可选的，第三参数获取模块，用于：

根据暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度获取单位长度线路绕击次数的微分表达式，进而获取线路绕击闪络率n，公式如下：

N_g为地闪密度、X为暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度、f(I)为雷电流幅值概率密度函数、I_c为能引起导线绕击闪络的临界雷电流和I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流。

本发明中能对同塔多回输电线路中各回线路的雷电绕击跳闸率进行仿真计算，为评估、优化同塔多回输电线路的防雷设计提供理论支撑。

附图说明

图1为本发明一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法间隙放电特性曲线图；

图2为本发明一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法EGM电气几何模型示意图；

图3为本发明一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法暴露弧段和投影示意图；

图4为本发明一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法流程图；

图5为本发明一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的***结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

针对上述问题本发明提出了一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法，如图4所示，包括：

对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，试验数据，包括：棒-棒间隙放电数据和棒-板间隙放电数据；对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；

获取塔多回线路的击距和大地击距，具体为：

确定同塔多回线路间隙放电特性，公式如下：

d＝1.12U₅₀ ^1.63

其中，U₅₀为雷电冲击作用下，击穿概率为50％时的冲击电压值；

同塔多回线路间隙放电特性曲线，如图1所示：

确定雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系，公式如下:

V_S＝3.7I_P ^0.66

根据同塔多回线路间隙放电特性公式和雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系公式，另d＝r_s，V_S＝U₅₀ ^1.63，公式如下：

r_s＝9.45I_P ^1.08

根据击距公式获取大地击距，公式如下：

r_sg＝n×r_s

其中，n为大地击距系数，n＞1。

根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，基于EGM模型获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度，暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度如图3所示；

EGM是根据输电线路的几何结构提出的一种雷电屏蔽计算方法；

EGM中假定由雷云向地面发展的先导头部与被击物间的距离达到某一临界击穿距离(即击距)之前，击中点是不确定的，先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电。

如图2所示，图中，导、地线的雷电击距为rs，大地的雷电击距为r_sg；弧段B’A和AB分别是以避雷线S和导线C为圆心，以导线的击距r_s为半径的圆弧线；BD为平行于地面、高度为地面的击距r_sg的直线。

图中，弧段AB为输电线路的暴露弧段，定位于AB上的落雷将击中导线。A、B两点的准确定位对线路雷电屏蔽性能的计算十分重要。从图中可以看到：A、B两点的几何位置主要由导、地线的雷电击距(r_s)和大地的雷电击距(r_sg)决定。

同时，先导接近地面的入射角(ψ)是随机的，先导入射角概率密度分布函数为：

根据下式计算单元暴露绕击弧在地面上的投影距离：

式中积分的上下限θ₁和θ₂如图2中所示，可根据θ1确定先导入射角的范围ψ₁、ψ₂。

由于地线距离下层横担导线的距离较远，计算中考虑上层导线对下方导线的屏蔽保护作用。因此，需要整体考虑计算750kV同塔4回输电线路各层横担导线对应的暴露弧段及其在雷电入射垂面上的投影长度X。

获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。

获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，具体为：

根据暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度获取单位长度线路绕击次数的微分表达式，进而获取线路绕击闪络率n，公式如下：

N_g为地闪密度、X为暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度、f(I)为雷电流幅值概率密度函数、I_c为能引起导线绕击闪络的临界雷电流和I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流。

本发明还提出了一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的***200，如图5所示，包括：

第一参数获取模块201，对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，试验数据，包括：棒-棒间隙放电数据和棒-板间隙放电数据；对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；

获取塔多回线路的击距和大地击距，具体为：

确定同塔多回线路间隙放电特性，公式如下：

d＝1.12U₅₀ ^1.63

其中，U₅₀为雷电冲击作用下，击穿概率为50％时的冲击电压值；

确定雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系，公式如下:

V_S＝3.7I_P ^0.66

根据同塔多回线路间隙放电特性公式和雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系公式，另d＝r_s，V_S＝U₅₀ ^1.63，获取击距，公式如下：

r_s＝9.45I_P ^1.08

根据击距公式，获取大地击距，公式如下：

r_sg＝n×r_s

其中，n为大地击距系数，n＞1。

第二参数获取模块202，根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度；

第三参数获取模块203，根据所述投影长度，获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。

获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，具体为：

根据暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度获取单位长度线路绕击次数的微分表达式，进而获取线路绕击闪络率n，公式如下：

N_g为地闪密度、X为暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度、f(I)为雷电流幅值概率密度函数、I_c为能引起导线绕击闪络的临界雷电流和I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流。

本发明中能对同塔多回输电线路中各回线路的雷电绕击跳闸率进行仿真计算，为评估、优化同塔多回输电线路的防雷设计提供理论支撑。

本发明结合我国相关长间隙高压放电试验研究成果，提出了一种基于电气几何模型法(EGM)适用于750kV同塔4回输电线路的击距公式、大地击距系数和线路绕击跳闸率计算方法。

Claims (8)

1.一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的方法，所述方法包括：

对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；

根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度；

根据所述投影长度，获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。

2.根据权利要求1所述的方法，所述的试验数据，包括：棒-棒间隙放电数据和棒-板间隙放电数据。

3.根据权利要求1所述的方法，所述的获取塔多回线路的击距和大地击距，具体为：

确定同塔多回线路间隙放电特性，公式如下：

d＝1.12U₅₀ ^1.63 (1)

其中，U₅₀为雷电冲击作用下，击穿概率为50％时的冲击电压值；

确定雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系，公式如下:

V_S＝3.7I_P ^0.66 (2)

根据式1和2，另d＝r_s，V_S＝U₅₀ ^1.63；

获取击距，公式如下：

r_s＝9.45I_P ^1.08 (3)

根据式3获取大地击距，公式如下：

r_sg＝n×r_s (4)

其中，n为大地击距系数，n＞1。

4.根据权利要求1所述的方法，所述的获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，具体为：

根据暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度获取单位长度线路绕击次数的微分表达式，进而获取线路绕击闪络率n，公式如下：

N_g为地闪密度、X为暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度、f(I)为雷电流幅值概率密度函数、I_c为能引起导线绕击闪络的临界雷电流和I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流。

5.一种用于确定同塔多回线路的雷电绕击性能的***，所述***包括：

第一参数获取模块，对同塔多回线路进行间隙放电试验，获取典型电极试验数据，对试验数据进行拟合，获取同塔多回线路的击距和大地击距；

第二参数获取模块，根据所述同塔多回线路的击距和大地击距，获取同塔多回线路各层横担导线和地线对应的暴露弧段及暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度；

第三参数获取模块，根据所述投影长度，获取同塔多回线路各回线路的绕击闪络率，根据所述绕击闪络率确定同塔多回线路的雷电绕击性能。

6.根据权利要求5所述的***，所述的试验数据，包括：棒-棒间隙放电数据和棒-板间隙放电数据。

7.根据权利要求5所述的***，第一参数获取模块，用于

确定同塔多回线路间隙放电特性，公式如下：

d＝1.12U₅₀ ^1.63

其中，U₅₀为雷电冲击作用下，击穿概率为50％时的冲击电压值；

确定雷电下行先导头部电位VS与回击电流幅值I_P之间的关系，公式如下:

V_S＝3.7I_P ^0.66

根据式1和2，另d＝r_s，V_S＝U₅₀ ^1.63；

获取击距，公式如下：

r_s＝9.45I_P ^1.08

根据式3获取大地击距，公式如下：

r_sg＝n×r_s

其中，n为大地击距系数，n＞1。

8.根据权利要求5所述的***，第三参数获取模块，用于

根据暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度获取单位长度线路绕击次数的微分表达式，进而获取线路绕击闪络率n，公式如下：

N_g为地闪密度、X为暴露弧段在雷电入射垂面上的投影长度、f(I)为雷电流幅值概率密度函数、I_c为能引起导线绕击闪络的临界雷电流和I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流。

Images