一種750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，包括以下步驟：1)獲取進(jìn)行雷電繞擊性能校核的750kV輸電線路信息；2)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段，得各分段處導(dǎo)地線的相對幾何位置信息；3)給定750kV輸電線路的地理信息；4)將750kV輸電線路中的導(dǎo)線工作電壓相位劃分為若干區(qū)段，得到不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率；5)不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率確定輸電線路的雷電繞擊薄弱點，完成750kV輸電線路雷電繞擊性能評估。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確的評估出750kV輸電線路雷電繞擊性能。
【專利說明】
一種750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明屬于750kv電力工程仿真計算領(lǐng)域，涉及一種750kV輸電線路雷電繞擊性能 評估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] ATP-EMTP程序是國際通用的先進(jìn)的圖形化的電磁暫態(tài)計算程序。該程序由世界各 國參與研發(fā)，程序的準(zhǔn)確性得到世界公認(rèn)，并由IEC71-4導(dǎo)則予以推薦和確認(rèn)，國內(nèi)外研究 機(jī)構(gòu)均采用該程序進(jìn)行電磁暫態(tài)的仿真計算。ATP-EMTP的基本算法:根據(jù)元件的不同特性， 建立相應(yīng)的代數(shù)方程，常微分方程和偏微分方程，利用梯形積分法將電感、電容、電源等集 中參數(shù)元件化成電阻性網(wǎng)絡(luò)，對于傳輸線等分布性參數(shù)利用其上的波過程的特征線方程， 經(jīng)過一定的轉(zhuǎn)換，把分布參數(shù)的線段也等效為電阻性網(wǎng)絡(luò)，則其相應(yīng)的方程也變?yōu)榇鷶?shù)方 程，進(jìn)一步形成節(jié)點導(dǎo)納矩陣;然后采用優(yōu)化結(jié)點編號技術(shù)和稀疏矩陣算法，以節(jié)點電壓為 未知量，利用矩陣三角分解求解，最后求得各支路的電流、電壓和所有消耗的功率、能量。在 穩(wěn)態(tài)計算中應(yīng)將非線性元件線性化，包括利用簡單的迭代進(jìn)行潮流計算。
[0003] 電氣幾何模型(EGM)是當(dāng)今國際上流行的分析繞擊率的方法。它以雷擊機(jī)理的現(xiàn) 代知識作為基礎(chǔ)。其基本原理建立在下列基本概念和假設(shè)基礎(chǔ)上。
[0004] (1)由雷云向地面發(fā)展的先導(dǎo)通道頭部到達(dá)被擊物體的臨界擊穿距離一擊距以 前，擊中點是不確定的。先到哪個物體的擊距內(nèi)，即向該物體放電。
[0005] (2)擊距rs是雷電流幅值I的函數(shù)。各國采用此函數(shù)關(guān)系不完全相同。考慮了下列4 種函數(shù)關(guān)系式，取其最嚴(yán)重者，并考慮10%誤差。
[0006] (a)rs = 7.110.75 (Whitehead)
[0007] (b)rs = 8I0.65(IEEE 工作組）
[0008] (c)rs = 10I0.65(美國）
[0009] (d)rs = 6.72I0.8(日本）
[0010] (3)先導(dǎo)接近地面時的入射角!D服從某一給定的概率分布函數(shù)。其分布概率
[0011] 圖1為雷擊線路的電氣幾何模型，其中，S為地線，C為導(dǎo)線，a為保護(hù)角，對于不同的 雷電流幅值h，由上述關(guān)系式可算出相應(yīng)的擊距r sl。當(dāng)先導(dǎo)頭部進(jìn)入弧面，放電將擊向 地線。當(dāng)先導(dǎo)頭部進(jìn)入GDi弧面則擊中導(dǎo)線，即發(fā)生繞擊。所以QDi弧面稱為暴露面。當(dāng)先導(dǎo) 頭部進(jìn)入DiEi平面，則擊中大地。
[0012] 隨著雷電流幅值的增大，暴露弧CiDi逐漸縮小。當(dāng)雷電流增大到1』寸暴露弧縮小為 零。此時雷或擊中地線，或擊中大地，不再發(fā)生繞擊。Im稱為最大繞擊電流。相應(yīng)的擊距稱為 最大擊距Rsm，一般情況下?lián)艟?br>并非所有的繞擊都會引起絕緣的 閃絡(luò)，只有當(dāng)雷電流在導(dǎo)線上引起的電壓U。(包括工作電壓）大于絕緣放電電壓時，即Uc = I0Zc/2.2+Em>U5Q才會閃絡(luò)，1〇為最小危險繞擊電流。對應(yīng)雷電流I及擊距r s，在一定的rs下， 暴露弧在地面的投影見，參考圖2，線路地平面上(水平方向，地面傾斜角為零時）的相應(yīng)暴 露面積為：
[0014] 考慮不同雷電流的出現(xiàn)概率，SP
[0015] z =\] /JV)dl
[0016] 其中，P(I)為雷電流I的概率分布密度
為危險繞擊率，式中W為引雷寬度。 當(dāng)?shù)孛鎯A斜角不為零時，其計算要復(fù)雜些，但基本原理是相同的。
[0017] 近年來，相關(guān)的研究院所及高校對750kV線路的雷電繞擊性能進(jìn)行了仿真研究，但 其提出的仿真計算方法大多是在一般線路的計算方法上進(jìn)行桿塔模型的修正，且未形成完 整、統(tǒng)一的仿真方法，且在仿真計算中沒有考慮多種因素下線路雷電繞擊性能影響，然而仿 真計算得到結(jié)果精度不高，其雷電性能評估結(jié)論也未應(yīng)用至750kV線路的設(shè)計中。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0018] 本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點，提供了一種750kV輸電線路雷電繞 擊性能評估方法，該方法能夠準(zhǔn)確的評估出750kV輸電線路雷電繞擊性能。
[0019] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法包括以下 步驟：
[0020] 1)獲取進(jìn)行雷電繞擊性能校核的750kV輸電線路信息，所述750kV輸電線路信息包 括750kV輸電線路的基本信息、750kV輸電線路的結(jié)構(gòu)特征及750kV輸電線路的絕緣特征；
[0021] 2)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段，再根據(jù)750kV輸電線路的基本信息及 750kV輸電線路的結(jié)構(gòu)特征得各分段處導(dǎo)地線的相對幾何位置信息；
[0022] 3)根據(jù)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段的結(jié)果給定750kV輸電線路的地 理信息；
[0023] 4)將750kV輸電線路中的導(dǎo)線工作電壓相位劃分為若干區(qū)段，再根據(jù)步驟2)得到 的各分段處導(dǎo)地線相對幾何位置信息以及步驟3)得到的750kV輸電線路的地理信息、750kV 輸電線路的絕緣特征計算得到不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率，其 中，
[0024]不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率為各分段線路在不同導(dǎo) 線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值；
[0025]不同相位導(dǎo)線工作電壓下各檔距的雷電繞擊跳閘率為對應(yīng)檔距內(nèi)各分段線路雷 電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值；
[0026] 7 50kV輸電線路的雷電繞擊跳閘率為7 50kV輸電線路中所有檔距雷電繞擊跳閘率 的加權(quán)平均值；
[0027] 5)根據(jù)步驟4)得到的各分段線路在不同導(dǎo)線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權(quán) 平均值、各檔距內(nèi)各分段線路雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值以及750kV輸電線路中所有檔 距雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值得各檔距的雷電繞擊跳閘率相對偏差，然后根據(jù)各檔距的 雷電繞擊跳閘率相對偏差確定輸電線路的雷電繞擊薄弱點，完成750kV輸電線路雷電繞擊 性能評估。
[0028] 輸電線路的基本信息包括輸電線路的名稱、電壓等級、總長度及各檔距線路內(nèi)的 分段數(shù)；
[0029] 輸電線路的結(jié)構(gòu)特征包括輸電線路中桿塔塔型、導(dǎo)地線型號、導(dǎo)地線弧垂、檔距長 度及絕緣子串結(jié)構(gòu)串長。
[0030] 輸電線路的絕緣特征包括絕緣子串閃絡(luò)電壓及最短空氣間隙閃絡(luò)電壓。
[0031] 輸電線路地理信息包括各桿塔處的海拔高度、沿線各分段處的海拔高度、垂直線 路方向上距桿塔不同距離處的海拔高度及垂直線路方向上距沿線各分段不同距離位置處 的海拔高度。
[0032] 步驟2)中將750kV輸電線路的檔距劃分為10個分段。
[0033]步驟4)中導(dǎo)線工作電壓相位的變化范圍為0°-360°。
[0034]本發(fā)明具有以下有益效果：
[0035]本發(fā)明所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法在操作時，針對750kV輸電線 路桿塔的塔高較高、導(dǎo)線跨越檔距較長的特點，將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段， 使750kV輸電線路進(jìn)行細(xì)分，提高地線跟桿塔連接時在工頻電壓作用下的環(huán)流電流仿真計 算精度，同時將導(dǎo)線工作電壓相位劃分為若干區(qū)段，計算不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段 線路的雷電繞擊跳閘率，然后再根據(jù)不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘 率確定輸電線路的雷電繞擊薄弱點，完成750kV輸電線路雷電繞擊性能評估。需要說明的 是，本發(fā)明對750kV輸電線路及導(dǎo)線工作電壓相位進(jìn)行細(xì)分，從而有效的提高仿真的精度， 實現(xiàn)750kV輸電線路雷電繞擊性能準(zhǔn)確評估，計算結(jié)果能夠適用于指導(dǎo)工程的科學(xué)設(shè)計。
【附圖說明】
[0036]圖1為雷擊線路的電氣幾何模型；
[0037]圖2為計算雷繞擊線路導(dǎo)線概率的電氣幾何模型示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)描述：
[0039]本發(fā)明所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法包括以下步驟：
[0040] 1)獲取進(jìn)行雷電繞擊性能校核的750kV輸電線路信息，所述750kV輸電線路信息包 括750kV輸電線路的基本信息、750kV輸電線路的結(jié)構(gòu)特征及750kV輸電線路的絕緣特征，其 中，輸電線路的基本信息包括輸電線路的名稱、電壓等級、總長度及各檔距線路內(nèi)的分段 數(shù);輸電線路的結(jié)構(gòu)特征包括輸電線路中桿塔塔型、導(dǎo)地線型號、導(dǎo)地線弧垂、檔距長度及 絕緣子串結(jié)構(gòu)串長;輸電線路的絕緣特征包括絕緣子串閃絡(luò)電壓及最短空氣間隙閃絡(luò)電 壓；
[00411 2)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段，再根據(jù)750kV輸電線路的基本信息及 750kV輸電線路的結(jié)構(gòu)特征得各分段處導(dǎo)地線的相對幾何位置信息，其中，將750kV輸電線 路的檔距劃分為10個分段；
[0042] 3)根據(jù)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段的結(jié)果給定750kV輸電線路的地 理信息，其中，輸電線路地理信息包括各桿塔處的海拔高度、沿線各分段處的海拔高度、垂 直線路方向上距桿塔不同距離處的海拔高度及垂直線路方向上距沿線各分段不同距離位 置處的海拔高度；
[0043] 4)將750kV輸電線路中的導(dǎo)線工作電壓相位劃分為若干區(qū)段，其中，導(dǎo)線工作電壓 相位的變化范圍為0°-360°，再根據(jù)步驟2)得到的各分段處導(dǎo)地線相對幾何位置信息以及 步驟3)得到的750kV輸電線路的地理信息、750kV輸電線路的絕緣特征計算得到不同相位導(dǎo) 線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率，其中，
[0044]不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率為各分段線路在不同導(dǎo) 線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值；
[0045]不同相位導(dǎo)線工作電壓下各檔距的雷電繞擊跳閘率為對應(yīng)檔距內(nèi)各分段線路雷 電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值；
[0046] 7 50kV輸電線路的雷電繞擊跳閘率為7 50kV輸電線路中所有檔距雷電繞擊跳閘率 的加權(quán)平均值；
[0047] 5)根據(jù)步驟4)得到的各分段線路在不同導(dǎo)線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權(quán) 平均值、各檔距內(nèi)各分段線路雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值以及750kV輸電線路中所有檔 距雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值得各檔距的雷電繞擊跳閘率相對偏差，然后根據(jù)各檔距的 雷電繞擊跳閘率相對偏差確定輸電線路的雷電繞擊薄弱點，完成750kV輸電線路雷電繞擊 性能評估。
[0048]需要說明的是，本發(fā)明針對750kV輸電線路桿塔的塔高較高、導(dǎo)線跨越檔距較長、 桿塔引起雷電繞擊概率較高、且發(fā)生雷擊事故后不易維修、更換電力設(shè)備的特點。提出了調(diào) 整工作電壓相位角使得雷電繞擊線路時所有工頻電壓幅值涵蓋在仿真計算中，更精確的評 估輸電線路的雷電繞擊性能，使計算結(jié)果適用于指導(dǎo)工程的科學(xué)設(shè)計。同時針對750kV輸電 線路的桿塔高度較高的特點，將桿塔各部分、各段的不同波阻抗進(jìn)行細(xì)分，提高地線跟桿塔 連接時在工頻電壓作用下的環(huán)流電流仿真計算精度，最后根據(jù)評估的結(jié)果找出整條750kV 輸電線路中防雷薄弱點，并提出不同地區(qū)、不同條件下，750kV輸電線路應(yīng)采用的差異化防 雷措施，優(yōu)化工程設(shè)計，節(jié)省工程投資。
【主權(quán)項】
1. 一種750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，包括以下步驟： 1) 獲取進(jìn)行雷電繞擊性能校核的750kV輸電線路信息，所述750kV輸電線路信息包括 750kV輸電線路的基本信息、750kV輸電線路的結(jié)構(gòu)特征及750kV輸電線路的絕緣特征； 2) 將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段，再根據(jù)750kV輸電線路的基本信息及 750kV輸電線路的結(jié)構(gòu)特征得各分段處導(dǎo)地線的相對幾何位置信息； 3) 根據(jù)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段的結(jié)果給定750kV輸電線路的地理信 息； 4) 將750kV輸電線路中的導(dǎo)線工作電壓相位劃分為若干區(qū)段，再根據(jù)步驟2)得到的各 分段處導(dǎo)地線相對幾何位置信息以及步驟3)得到的750kV輸電線路的地理信息、750kV輸電 線路的絕緣特征計算得到不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率，其中， 不同相位導(dǎo)線工作電壓下各分段線路的雷電繞擊跳閘率為各分段線路在不同導(dǎo)線工 作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值； 不同相位導(dǎo)線工作電壓下各檔距的雷電繞擊跳閘率為對應(yīng)檔距內(nèi)各分段線路雷電繞 擊跳閘率的加權(quán)平均值； 7 50kV輸電線路的雷電繞擊跳閘率為7 50kV輸電線路中所有檔距雷電繞擊跳閘率的加 權(quán)平均值； 5) 根據(jù)步驟4)得到的各分段線路在不同導(dǎo)線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均 值、各檔距內(nèi)各分段線路雷電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值以及750kV輸電線路中所有檔距雷 電繞擊跳閘率的加權(quán)平均值得各檔距的雷電繞擊跳閘率相對偏差，然后根據(jù)各檔距的雷電 繞擊跳閘率相對偏差確定輸電線路的雷電繞擊薄弱點，完成750kV輸電線路雷電繞擊性能 評估。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，輸電線 路的基本信息包括輸電線路的名稱、電壓等級、總長度及各檔距線路內(nèi)的分段數(shù)。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，輸電線 路的結(jié)構(gòu)特征包括輸電線路中桿塔塔型、導(dǎo)地線型號、導(dǎo)地線弧垂、檔距長度及絕緣子串結(jié) 構(gòu)串長。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，輸電線 路的絕緣特征包括絕緣子串閃絡(luò)電壓及最短空氣間隙閃絡(luò)電壓。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，輸電線 路地理信息包括各桿塔處的海拔高度、沿線各分段處的海拔高度、垂直線路方向上距桿塔 不同距離處的海拔高度及垂直線路方向上距沿線各分段不同距離位置處的海拔高度。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，步驟2) 中將750kV輸電線路的檔距劃分為10個分段。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法，其特征在于，步驟4) 中導(dǎo)線工作電壓相位的變化范圍為0°-360°。
【文檔編號】G01R31/00GK105929264SQ201610237831
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月15日
【發(fā)明人】萬磊, 婁穎, 何慧雯, 范冕, 霍鋒, 劉琴, 朱岸明, 魏磊, 姜寧, 賈宏剛, 王喆
【申請人】國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)陜西省電力公司經(jīng)濟(jì)技術(shù)研究院, 中國電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)寧夏電力公司檢修公司