專利名稱：同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊性能的判定方法
技術領域：
本發(fā)明涉及電力系統(tǒng)輸電線路絕緣及防雷技術領域，特別涉及一種同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊性能的判定方法。
背景技術：
由于我國人口眾多、經(jīng)濟發(fā)展較快，土地資源匱乏，同塔雙回輸電線路作為節(jié)約土地資源，增加單位走廊面積輸電容量的有效措施，在電力系統(tǒng)得到越來越多的應用。但是， 同塔雙回輸電線路也引起許多問題，如同塔雙回輸電線路的桿塔高度比單回輸電線路的桿塔高，更易遭雷擊，且桿塔電感和感應過電壓都較大，發(fā)生故障時會嚴重影響系統(tǒng)的可靠運行，所以，在工程中希望盡量減少其發(fā)生雷擊閃絡，對于輸電線路設計和運行部門而言，迫切需要對線路的整體防雷性能進行分析?，F(xiàn)有技術中，可采用國家相關電力標準《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》 (DL/T620-1997)推薦的方法，這種方法存在的問題是，由于其頒布時間較早，推薦的判定方法主要針對單回輸電線路，不適用同塔雙回輸電線路。在現(xiàn)有技術中，也有對500kV同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊性能進行過研究和分析，但是這種方法也存在問題，一方面， 220kV、IlOkV電壓等級輸電線路與500kV電壓等級輸電線路相比，絕緣及耐雷擊水平較低， 絕緣子串長較短，其主要雷擊方式與500kV線路存在明顯區(qū)別；另一方面，對同塔雙回輸電線路的絕緣及耐雷電沖擊性能的判定過程中缺乏對地形因素，尤其是山區(qū)復雜地形的研究。因此，現(xiàn)有技術中均沒有對各電壓等級的雙回線路輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性進行系統(tǒng)的對比研究，也沒有對其雷擊方式及主要影響因素(如接地阻抗、地形因素等等)進行分析和總結。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的旨在至少解決上述技術缺陷之一。為達到上述目的，本發(fā)明提出一種同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，包括以下步驟S1 確定待判定的同塔雙回輸電線路的屬性信息、判定時間域1和目標值Ra，其中所述判定時間域Ta以年為單位；S2 獲取所述待判定的同塔雙回輸電線路所在地區(qū)在所述時間域Ta內(nèi)的雷電活動統(tǒng)計參數(shù)；S3 獲取所述待判定的同塔雙回輸電線路的每座桿塔的結構性參數(shù)；S4 根據(jù)所述雷電活動統(tǒng)計參數(shù)和所述每座桿塔的結構性參數(shù)，計算每座桿塔每年遭受雷擊次數(shù)Ns，并根據(jù)Ns確定雷擊計算循環(huán)次數(shù)N1 ；S5 對所述待判定的同塔雙回輸電線路每次雷擊過程中的隨機參數(shù)進行抽樣，確定雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及繞擊或反擊的判定結果；S6 根據(jù)所述雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及繞擊或反擊的判定結果和所述桿塔的結構性參數(shù)，判斷某座桿塔在某次雷擊后，是否發(fā)生跳閘；S7 統(tǒng)計每座桿塔在N1次雷擊過程中的跳間次數(shù)，并計算每座桿塔的雷擊跳間率& ； S8 根據(jù)所述每座桿塔雷擊跳間率&和所述桿塔的結構性參數(shù)，計算所述待判定的同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘率Rb;以及S9 根據(jù)所述待判定的同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘率Rb和所述目標值Ra，判定所述待判定的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性，如果 Rb大于Ra，則所述待判定的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性無法達到安全運行要求，如果Rb小于或等于Ra，則所述待判定的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性達到安全運行要求。根據(jù)本發(fā)明實施例的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊性能的判定方法至少具有以下有益效果(1)克服現(xiàn)有的輸電線路判定方法無法針對同塔雙回輸電線路特點進行全線路仿真的缺陷，綜合國內(nèi)常用的雷擊跳閘率計算方法，根據(jù)國內(nèi)輸電線路的運行需求，考慮線路參數(shù)、地形地貌等多種影響因素，對同塔雙回輸電線路的絕緣及耐雷電性能進行判定，使輸電線路在設計和運行階段，采取的防雷措施更具針對性、科學性和系統(tǒng)性。(2)對同塔雙回輸電線路的每座桿塔精確建模，不僅使提高線路整體雷擊跳閘率的計算精度，而且?guī)椭脩艟唧w掌握輸電線路沿線的各個桿塔的耐雷電沖擊性能，針對雷擊跳間率較高的桿塔進行有效改進，并且在針對這些桿塔采取防雷措施時，可通過分析桿塔結構性參數(shù)的變化預估雷擊跳閘的變化，因此能夠根據(jù)實際情況，確定最優(yōu)的同塔雙回輸電線路防雷措施改進方案。(3)有效地提高了同塔雙回輸電線路的供電可靠性，通過對同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電性能進行判定，能夠科學地指導電力部門的雙回輸電線路設計、運行以及防雷措施改進工作，有效地提高了同塔雙回輸電線路的供電可靠性，使其優(yōu)越性得到更加充分的發(fā)揮，具有顯著的經(jīng)濟效益和社會效益。


本發(fā)明上述的和/或附加的方面和優(yōu)點從下面結合附圖對實施例的描述中將變得明顯和容易理解，其中圖1是本發(fā)明實施例的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法的流程圖；圖2是現(xiàn)有技術的單回輸電線路桿塔的電氣幾何模型原理圖；圖3是本發(fā)明實施例的同塔雙回輸電線路桿塔的電氣幾何模型原理圖；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的方法計算某同塔雙回輸電線路沿線每座桿塔的雷擊跳閘率分布圖。
具體實施例方式下面詳細描述本發(fā)明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附圖描述的實施例是示例性的，僅用于解釋本發(fā)明，而不能解釋為對本發(fā)明的限制。如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明實施例的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，包括以下步驟步驟SlOl 確定待判定的同塔雙回輸電線路的屬性信息、判定時間域Ta和目標值 Ra，其中判定時間域Ta以年為單位。判定時間域Ta表示使用本發(fā)明做出同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定所依據(jù)的時間范圍，Ta值越大，即年份越長，則依據(jù)本發(fā)明做出的判定越準確。目標值Ra為判定方法的最終依據(jù)，決定計算所得的同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘率是否達到要求，在無特殊要求的情況下，采用國家電網(wǎng)公司發(fā)布的《110 (66) kV_500kV架空輸電線路管理規(guī)范》中的規(guī)定值，輸電線路為110(66)kV時取值0. 525次/百千米·年，輸電線路為 220kV時取值0.315次/百千米·年，輸電線路為500kV時取值0. 14次/百千米·年。在本發(fā)明的一個示例中，同塔雙回輸電線路的屬性信息包括線路名稱、電壓等級、所在地區(qū)和線路長度。屬性信息具有確定性和唯一性。步驟S102 獲取待判定的同塔雙回輸電線路所在地區(qū)在時間域Ta內(nèi)的雷電活動統(tǒng)計參數(shù)。在本發(fā)明的一個示例中，雷電活動統(tǒng)計參數(shù)包括年落雷日、地面落雷密度、雷電流幅值分布和雷電流極性。步驟S103 獲取待判定的同塔雙回輸電線路的每座桿塔的結構性參數(shù)。在本發(fā)明的一個示例中，每座桿塔的結構性參數(shù)包括桿塔高度、避雷線間距、上中下三相絕緣子懸掛點高度、懸掛點高度與桿塔中軸線距離、海拔高度、地形地貌類型、地面傾角、絕緣子型號、絕緣子片數(shù)、工頻接地電阻、桿塔兩側檔距、避雷線弧垂、導線弧垂和防雷措施。步驟S104 根據(jù)雷電活動統(tǒng)計參數(shù)和每座桿塔的結構性參數(shù)，計算每座桿塔每年遭受雷擊次數(shù)Ns，并根據(jù)Ns確定雷擊計算循環(huán)次數(shù)隊。具體地，首先，根據(jù)桿塔高度ht和導線弧垂fs，通過以下的公式獲取避雷線平均高度hs,hs=ht-^fs；再根據(jù)避雷線平均高度、、地面落雷密度 和避雷線間距b，通過以下的公式獲取每座桿塔每年遭受雷擊次數(shù)Ns，Ns = Ng(4hs+b)/10 ；然后，根據(jù)每座桿塔每年遭受雷擊次數(shù)Ns和預定的計算模擬年限、，通過以下的公式獲取雷擊計算循環(huán)次數(shù)N1,N1 = kNNs。在本發(fā)明的一個示例中，由于雷擊輸電線路的本質為隨機過程，則計算模擬年限 kN越大，計算結果精確度越高，同時計算模擬年限越大，雷擊計算循環(huán)次數(shù)隨之增加，從而導致計算速度降低。因此kN的設置可參考計算運行的硬件性能而確定，本發(fā)明建議將kN設置在15000以上以保證足夠的精度，即模擬每座桿塔在15000年內(nèi)遭受雷擊的次數(shù)。步驟S105 對待判定的同塔雙回輸電線路每次雷擊過程中的隨機參數(shù)進行抽樣， 確定雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及繞擊或反擊的判定結果。具體地，同塔雙回輸電線路雷擊跳閘故障的發(fā)生具有較強的概率性質，利用隨機數(shù)學方法來模擬其過程能體現(xiàn)雷擊跳間發(fā)生的本質特征。在本發(fā)明的一個示例中，應用蒙特卡羅法對雙回輸電線路每次雷擊過程中的隨機參數(shù)進行抽樣，蒙特卡羅法作為一種隨機數(shù)學方法，在選定目標函數(shù)以后，對隨時參數(shù)，例如雷電流幅值、雷擊部位和工頻電壓瞬時值等雷擊線路過程中的不確定參數(shù)進行更好的模擬，通過統(tǒng)計方法得到與實際情況更為相符的仿真結果。將發(fā)生某一次雷擊后同塔雙回輸電線路是否跳閘的結果表示為S，S為根據(jù)若干影響因素量化后的因變量參數(shù)的函數(shù)輸出值，S公式表示如下所示S = f (I, B，U，· · · ；H, R, θ，. · ·)其中S為開關變量，取0或1，當S等于1時，表示桿塔在雷擊后發(fā)生跳閘故障，S 等于0時，表示桿塔在雷擊后未發(fā)生跳閘故障；I為雷電流幅值，B為雷擊部位，U為雷擊時導線電壓瞬時值；H為桿塔高度，R為桿塔沖擊接地電阻，θ為桿塔所在位置的地面傾角。對于某一次雷擊桿塔過程，上式中作為因變量的參數(shù)均為固定值，這些參數(shù)直接決定了 S值為1或者為0。但是在對所述桿塔的耐雷電沖擊性能進行分析時，H，R，θ參數(shù)對于每一次雷擊發(fā)生的過程是固定的，均為獲得的桿塔的結構性參數(shù)，I，B，U參數(shù)在每一次雷擊發(fā)生的過程中會各不相同，為隨機參數(shù)。采用蒙特卡羅法等隨機數(shù)學方法，可以按照這些隨機參數(shù)的分布規(guī)律進行隨機抽樣，形成η次雷擊線路發(fā)生時的隨機參數(shù)抽樣序列。以雷電流幅值I為例，其隨機抽樣序列可表示為I1, I2, ... , Ii, ... , Ilri，In，則第 i次雷擊所述桿塔后是否跳閘的結果為Si,則表示公式如下所示Si = f (Ii, Bi, Ui,... ；H, R, θ，···)根據(jù)上述公式，計算所述桿塔在η次雷擊發(fā)生過程后的跳閘率s為
權利要求
1.一種同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，包括以下步驟 51確定待判定的同塔雙回輸電線路的屬性信息、判定時間域Ta和目標值Ra，其中所述判定時間域Ta以年為單位；52獲取所述待判定的同塔雙回輸電線路所在地區(qū)在所述時間域Ta內(nèi)的雷電活動統(tǒng)計參數(shù)；53獲取所述待判定的同塔雙回輸電線路的每座桿塔的結構性參數(shù)；S4:根據(jù)所述雷電活動統(tǒng)計參數(shù)和所述每座桿塔的結構性參數(shù)，計算每座桿塔每年遭受雷擊次數(shù)Ns，并根據(jù)Ns確定雷擊計算循環(huán)次數(shù)N1 ；55對所述待判定的同塔雙回輸電線路每次雷擊過程中的隨機參數(shù)進行抽樣，確定雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及雷擊為繞擊或反擊的判定結果；56根據(jù)所述雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及雷擊為繞擊或反擊的判定結果和所述桿塔的結構性參數(shù)，判斷某座桿塔在某次雷擊后是否發(fā)生跳閘；57統(tǒng)計每座桿塔在N1次雷擊過程中的跳間次數(shù)，并計算每座桿塔的雷擊跳間率& ；58根據(jù)所述每座桿塔雷擊跳間率&和所述桿塔的結構性參數(shù)，計算所述待判定的同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘率凡；以及59根據(jù)所述待判定的同塔雙回輸電線路的雷擊跳間率Rb和所述目標值Ra，判定所述待判定的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性，如果Rb大于Ra，則所述待判定的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性無法達到安全運行要求，如果Rb小于或等于Ra，則所述待判定的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性達到安全運行要求。
2.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述待判定的同塔雙回輸電線路的屬性信息包括線路名稱、電壓等級、所在地區(qū)和線路長度。
3.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述雷電活動統(tǒng)計參數(shù)包括年落雷日、地面落雷密度、雷電流幅值分布和雷電流極性。
4.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述桿塔的結構性參數(shù)包括桿塔高度、避雷線間距、上中下三相絕緣子懸掛點高度、所述懸掛點高度與桿塔中軸線距離、海拔高度、地形地貌類型、地面傾角、絕緣子型號、 絕緣子片數(shù)、工頻接地電阻、桿塔兩側檔距、避雷線弧垂、導線弧垂和防雷措施。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法， 其特征在于，所述步驟S4進一步包括 541根據(jù)所述桿塔高度ht和所述導線弧垂fs，通過以下的公式獲取避雷線平均高度hs，
6.根據(jù)權利要求5所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，如果所述地面落雷密度Ng無法直接獲取，則根據(jù)所述年落雷日Td通過以下的公式獲取所述地面落雷密度Ng，
7.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述雷電流幅值的確定進一步包括對所述雷電流幅值分布數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計和擬合，確定雷電流幅值累積概率分布曲線P = F(I)；在W，l]上產(chǎn)生均勻分布的第一隨機數(shù)。；根據(jù)所述雷電流幅值累積概率分布曲線和所述第一隨機數(shù)，通過以下的公式確定雷電流幅值，
8.根據(jù)權利要求7所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，如果所述雷電流幅值分布數(shù)據(jù)無法取得，則通過以下的公式進行計算或者"^1 + ( )2
9.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述繞擊或反擊的判定進一步包括根據(jù)同塔雙回輸電線路的電氣幾何模型計算發(fā)生雷擊為繞擊的概率Pri ； 在w，l]上產(chǎn)生均勻分布的第二隨機數(shù)1~2 ；比較所述第二隨機數(shù)r2與所述雷擊為繞擊的概率Pri數(shù)值大小，如果r2大于Pri時，則所述線路的雷擊方式為反擊，如果r2小于等于Pri時，則所述線路的雷擊方式為繞擊。
10.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述每側工頻電壓瞬時值的確定進一步包括在
上產(chǎn)生均勻分布的第三隨機數(shù)r3 ； 根據(jù)工頻相角在W，2ji]上均勻分布的特性，計算工頻相角p = 2;rr3; 根據(jù)所述^值，計算三相工頻電壓瞬時值ua = Um sin(爐), 2 其中，Um為相電壓峰值。
11.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述S5步驟進一步包括551根據(jù)所述雷擊方式的判定結果，及所述確定的雷電流幅值和所述待判定的同塔雙回輸電線路桿塔的結構性參數(shù)，計算所述雷擊方式為反擊的過電壓或者為繞擊的過電壓， 其中，所述反擊過電壓Uf按照國家標準計算，所述繞擊過電壓Ur根據(jù)所述雷電流幅值I及導線波阻抗&，按照以下公式計算，
12.根據(jù)權利要求11所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，根據(jù)預定的閃絡前時間t及絕緣子干弧距離W，按照以下公式計算所述反擊閃絡電壓
13.根據(jù)權利要求11或12所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，根據(jù)所述絕緣子干弧距離W，按照以下公式計算所述繞擊閃絡電壓， U50%= 533W+132。
14.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，所述S7步驟進一步包括統(tǒng)計每座桿塔在所述雷擊計算循環(huán)次數(shù)N1次雷擊過程中的跳間次數(shù)Nj ； 根據(jù)所述跳間次數(shù) 和所述雷擊計算循環(huán)次數(shù)N1,通過以下的公式獲取每座桿塔的雷擊跳閘率
15.根據(jù)權利要求1所述的同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，其特征在于，根據(jù)所述每座桿塔雷擊跳間率I 。和所述桿塔兩側檔距，通過加權平均的方法獲取所述待判定的同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘率Rb。
全文摘要
本發(fā)明提出一種同塔雙回輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性的判定方法，包括以下步驟確定待判定的同塔雙回輸電線路并獲取輸電線路所在地區(qū)的雷電活動統(tǒng)計參數(shù)及每座桿塔的結構性參數(shù)，確定雷擊計算循環(huán)次數(shù)Nl；對雷擊過程中的隨機參數(shù)進行抽樣，確定雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及雷擊為繞擊或反擊的判定結果；根據(jù)雷電流幅值、工頻電壓瞬時值以及繞擊或反擊的判定結果和桿塔的結構性參數(shù)，判斷桿塔在某次雷擊后是否發(fā)生跳閘并統(tǒng)計Nl次雷擊中的跳閘次數(shù)，計算雷擊跳閘率；根據(jù)雷擊跳閘率和目標值，判定輸電線路絕緣及耐雷電沖擊特性。本發(fā)明的判定方法誤差小、精度高、有針對性，能科學地指導電力部門的同塔雙回輸電線路的設計、運行及防雷措施的改進。
文檔編號G01R31/00GK102435921SQ20111028880
公開日2012年5月2日 申請日期2011年9月26日 優(yōu)先權日2011年9月26日
發(fā)明者侯非, 關雪飛, 劉云峰, 吳方芳, 周遠翔, 張樹林, 梁前晟, 高峰 申請人:山西省電力公司忻州供電分公司, 清華大學