專利名稱：絕緣子串耐雷水平的仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種仿真方法，尤其是涉及一種絕緣子串耐雷水平的仿真 方法的仿真方法。
背景技術(shù)：
雷電過(guò)電壓仿真計(jì)算中，雷電擊中桿塔或者導(dǎo)線時(shí)，可能造成絕緣子串或者空氣間隙擊穿，形成閃絡(luò)。我國(guó)的電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(DL/T 620 — 1997) 以短接絕緣子串的開(kāi)關(guān)合上來(lái)模擬線路絕緣在雷電沖擊電壓作用下閃絡(luò)現(xiàn) 象，以絕緣子串兩端的雷電過(guò)電壓峰值是否大于絕緣子串的50%沖擊放電 電壓作為絕緣子串是否閃絡(luò)的判據(jù)。這兩者出現(xiàn)的時(shí)間相差很大，拿它們 進(jìn)行比較有時(shí)是不大合適的。所以IEC有關(guān)文件(IEC60071-4)中明確提 出，不推薦此方法。尤其是同塔雙回線路的雷電跳閘率計(jì)算時(shí)，使用此閃 絡(luò)判據(jù)會(huì)得出非常高的雷電雙回同時(shí)跳閘率，它和實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn)。國(guó)內(nèi)外(例如美國(guó)、俄羅斯等)目前較普遍采用過(guò)電壓U(t)和絕緣子串 伏秒特性曲線是否相交作為絕緣閃絡(luò)的判據(jù)，我們稱之為相交法。采用相 交法作為閃絡(luò)判據(jù)時(shí)，使用的絕緣子串伏秒特性曲線是在標(biāo)準(zhǔn)波下得到的。 但雷擊得實(shí)際情況是，由于鄰近桿塔的反射作用，絕緣子串上的電壓波形 并不是標(biāo)準(zhǔn)波，而是一種波尾較短的短尾波。短尾波下的放電電壓要高于 標(biāo)準(zhǔn)波下的放電電壓，日本的的研究者認(rèn)為，短尾波下的放電電壓比標(biāo)準(zhǔn) 波下的放電電壓高20-30%。用標(biāo)準(zhǔn)波的絕緣子串伏秒特性曲線判斷短尾電壓作用下的絕緣耐雷水平顯然是偏嚴(yán)的。而一方面，采用相交法作為絕 緣子串閃絡(luò)判據(jù)有可能丟失在波尾發(fā)生閃絡(luò)的次數(shù)，這是偏松的。兩者的 影響相互抵消，但是抵消程度難以定量分析。因此，相交法是一種近似方 法。在80年代后期，許多學(xué)者在空氣間隙非標(biāo)準(zhǔn)波閃絡(luò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上， 根據(jù)閃絡(luò)現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和空氣閃絡(luò)物理過(guò)程的實(shí)驗(yàn)和理論分析，得出了 一種先導(dǎo)發(fā)展的閃絡(luò)判據(jù)和閃絡(luò)時(shí)間計(jì)算方法，簡(jiǎn)稱先導(dǎo)發(fā)展法或先導(dǎo)法。500kV線路絕緣空氣間隙閃絡(luò)是一個(gè)先導(dǎo)發(fā)展過(guò)程。在閃絡(luò)之前，有預(yù)放電電流，間隙的阻抗已經(jīng)不是無(wú)窮大。該阻抗隨先導(dǎo)發(fā)展過(guò)程而變化。 日本在變電所防雷計(jì)算中模擬了該先導(dǎo)發(fā)展過(guò)程。間隙閃絡(luò)之后，電弧弧 道的電感也是應(yīng)該模擬的。它們均使變電所雷電侵入波過(guò)電壓有所降低。IEC60071-4也推薦先導(dǎo)法作為長(zhǎng)空氣間隙可以使用的閃絡(luò)判定方法之一。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明主要是解決現(xiàn)有技術(shù)所存在的計(jì)算精度不高，誤差大，采用相 交法作為絕緣子串閃絡(luò)判據(jù)有可能丟失在波尾發(fā)生閃絡(luò)的次數(shù)結(jié)果偏松， 用標(biāo)準(zhǔn)波的絕緣子串伏秒特性曲線判斷短尾波電壓作用下的絕緣耐雷水平 結(jié)果偏嚴(yán)等的技術(shù)問(wèn)題；提供了一種計(jì)算精度高，誤差小不會(huì)造成結(jié)果偏 松或者偏嚴(yán)的判定耐雷水平的仿真方法。本發(fā)明的上述技術(shù)問(wèn)題主要是通過(guò)下述技術(shù)方案得以解決的-絕緣子串耐雷水平的仿真方法，基于先導(dǎo)發(fā)展速度的計(jì)算 以及先導(dǎo)長(zhǎng)度的計(jì)算，其特征在于，包括以下步驟a.通過(guò)先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及由間隙及極性確定的常數(shù)計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展速度以及先導(dǎo)長(zhǎng)度，從而判定是否絕緣間隙閃絡(luò)，得到閃絡(luò)電壓與時(shí)間的關(guān) 系曲線，修正該關(guān)系曲線，使其與短尾波雷電沖擊絕緣子串伏秒特性曲線 一致，得到修正后的先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及修正后的由間隙及極性確定的常數(shù);b. 將輸入電流值以及計(jì)算步長(zhǎng)值應(yīng)用到貝吉龍模型，并逐步按增幅 為1 5kA增大輸入電流值，直至閃絡(luò)間隙兩端的電壓與間隙長(zhǎng)度的比值大 于或者等于修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)，記錄此時(shí)的閃絡(luò)間隙兩端 的電壓；c. 由閃絡(luò)間隙兩端的電壓、修正后的先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展長(zhǎng)度，并調(diào)試閃絡(luò)間隙兩端的電壓， 直至發(fā)生間隙閃絡(luò)，記錄此時(shí)的輸入電流值，此時(shí)的輸入電流值即耐雷水 平。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，所述的先導(dǎo)發(fā)展速度計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 6</formula>，其中，Vi為先導(dǎo)發(fā)展速度；Eo為由間隙及極性確定的常數(shù)；d為間隙長(zhǎng)度； U為閃絡(luò)間隙兩端的電壓；X為剩余間隙長(zhǎng)度；k2 、 k3為先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，所述的先導(dǎo)長(zhǎng)度計(jì)算公式為a=I^a， Vi為先導(dǎo)發(fā)展速度；Xi為先導(dǎo)長(zhǎng)度。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)k2取170， k3取1. 5x 10一3，所述的由間隙及極性確定的常數(shù)Eo取500kV/m。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，所述的步驟a中閃絡(luò)電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線這樣得到取電流值I為0 300kA，應(yīng)用至U(t)4Z(t)， 其中Z(t)為波阻抗，U(t)為閃絡(luò)電壓，檢測(cè)是否絕緣間隙閃絡(luò)，若否，記 錄此時(shí)閃絡(luò)電壓lh值以及U值，并增加時(shí)間t值，增幅At為0.05us， 直至m次時(shí)，發(fā)生絕緣間隙閃絡(luò)，記錄此時(shí)的Um值以及tm值,得到m組U 值以及t值，得到閃絡(luò)電壓U與時(shí)間t的關(guān)系曲線。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，所述的步驟b中，所述的 輸入電流值取100 300kA，計(jì)算步長(zhǎng)值取0. 03 0. 05us。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，所述的步驟c中發(fā)生間隙 閃絡(luò)這樣判定當(dāng)計(jì)算得出先導(dǎo)長(zhǎng)度大于或者等于間隙長(zhǎng)度時(shí)，即判定為 發(fā)生間隙閃絡(luò)。在上述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，所述的步驟c中，若計(jì)算 得出先導(dǎo)長(zhǎng)度小于間隙長(zhǎng)度時(shí)，重復(fù)步驟b。因此，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)計(jì)算精度高，誤差小不會(huì)造成結(jié)果偏松或者偏嚴(yán)。


圖1是本發(fā)明的計(jì)算步驟原理圖；具體實(shí)施方式
下面通過(guò)實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的 說(shuō)明。實(shí)施例絕緣子串耐雷水平的仿真方法，基于先導(dǎo)發(fā)展速度的計(jì)算以及先導(dǎo)長(zhǎng)度的計(jì)算，先導(dǎo)發(fā)展速度計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 8</formula>
，其中，Vi為先導(dǎo)發(fā)展速度；EQ為由間隙及極性確定的常數(shù)；d為間隙長(zhǎng)度; U為閃絡(luò)間隙兩端的電壓；X為剩余間隙長(zhǎng)度；k2、 k3為先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)；先導(dǎo)長(zhǎng)度計(jì)算公式為<formula>formula see original document page 8</formula>， V!為先導(dǎo)發(fā)展速度；X!為先導(dǎo)長(zhǎng)度。包括以 下步驟a.通過(guò)先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及由間隙及極性確定的常數(shù)計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展速 度以及先導(dǎo)長(zhǎng)度，其中，先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)k2取170， k3取1.5X10—3，由間隙及 極性確定的常數(shù)Eo取500kV/m,先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及由間隙及極性確定的常數(shù) 均采用的是現(xiàn)有技術(shù)中的IEC推薦選取參數(shù)，參數(shù)選定后，判定是否絕緣間隙 閃絡(luò)，得到閃絡(luò)電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線，閃絡(luò)電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線這樣 得到取電流值I為0 300kA，應(yīng)用至<formula>formula see original document page 8</formula>，其中Z(t)為波阻抗， U(t)為閃絡(luò)電壓，檢測(cè)是否絕緣間隙閃絡(luò)，若否，記錄此時(shí)閃絡(luò)電壓lh 值以及h值，并增加時(shí)間t值，增幅At為0.05iis，直至m次時(shí)，發(fā)生絕 緣間隙閃絡(luò)，記錄此時(shí)的lU直以及U值，得到m組U值以及t值，得到閃 絡(luò)電壓U與時(shí)間t的關(guān)系曲線。得到閃絡(luò)電壓U與時(shí)間t的關(guān)系曲線后，修正該關(guān)系曲線，使其與 短尾波雷電沖擊絕緣子串伏秒特性曲線一致，得到修正后的先導(dǎo)發(fā)展系數(shù) 以及修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)，其中，短尾波雷電沖擊絕緣子串 伏秒特性曲線為現(xiàn)有技術(shù)中提供現(xiàn)有曲線。b取輸入電流值為100 300kA，計(jì)算步長(zhǎng)值取0.03 0. 05us，并將 輸入電流值以及計(jì)算步長(zhǎng)值應(yīng)用到貝吉龍模型，并逐步按增幅為1 5kA增 大輸入電流值，直至閃絡(luò)間隙兩端的電壓與間隙長(zhǎng)度的比值大于或者等于 修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)，記錄此時(shí)的閃絡(luò)間隙兩端的電壓；c.由閃絡(luò)間隙兩端的電壓、修正后的先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及修正后的由 間隙及極性確定的常數(shù)計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展長(zhǎng)度，并調(diào)試閃絡(luò)間隙兩端的電壓， 當(dāng)計(jì)算得出先導(dǎo)長(zhǎng)度大于或者等于間隙長(zhǎng)度時(shí)，即發(fā)生間隙閃絡(luò)，記錄此 時(shí)的輸入電流值，此時(shí)的輸入電流值即耐雷水平，若計(jì)算得出先導(dǎo)長(zhǎng)度小 于間隙長(zhǎng)度時(shí)，重復(fù)步驟b，即計(jì)算閃絡(luò)間隙兩端的電壓與間隙長(zhǎng)度的比值， 若其比值小于由間隙及極性確定的常數(shù)，逐步按增幅為1 5kA增大輸入電 流值，直至閃絡(luò)間隙兩端的電壓與間隙長(zhǎng)度的比值大于或者等于修正后的 由間隙及極性確定的常數(shù)。本實(shí)施例的計(jì)算過(guò)程如圖所示，步驟如下a. 取電流值I為O-300kA，應(yīng)用至U(t)二IZ(t),其中Z(t)為波阻抗， U(t)為閃絡(luò)電壓，檢測(cè)是否絕緣間隙閃絡(luò)，若否，記錄此時(shí)閃絡(luò)電壓lh 值以及h值，并增加時(shí)間t值，增幅At為0.05us，若此時(shí)絕緣間隙閃絡(luò)， 記錄最后的IU直以及t"直，從而得到m組U值以及t值，得到閃絡(luò)電壓U 與時(shí)間t的關(guān)系曲線；b. 修正先導(dǎo)法中的參數(shù)k2、 k3和Eo成kn、 kw禾nE(H，使得上述閃絡(luò)電 壓U與時(shí)間t的關(guān)系曲線與試驗(yàn)得到的短尾波雷電沖擊絕緣子串伏秒特性曲線一致，確定k2b kw和E(H值；c. 取輸入電流i為100-300KA之間，并設(shè)定計(jì)算步長(zhǎng)At，其中At為 0. 03us到0. 05us之間；d. 將步驟c中取值應(yīng)用至貝吉龍模型，計(jì)算間隙兩端的電壓U;e. 取d為lM 4M，計(jì)算上述電壓U與間隙長(zhǎng)度d的比值，上述電壓U 與間隙長(zhǎng)度d的比值小于Eq，增大輸入電流i，增幅為lkA，并重復(fù)步驟c;f. 否則，上述電壓U與間隙長(zhǎng)度d的比值小于E0大于或等于E0，繼續(xù) 下一步驟；g. 將步驟d中k2' 、 k3'和E0，應(yīng)用至先導(dǎo)發(fā)展速度計(jì)算公式，計(jì)算 先導(dǎo)發(fā)展速度V1;h. 將步驟i中先導(dǎo)發(fā)展速度V!應(yīng)用至先導(dǎo)長(zhǎng)度計(jì)算公式計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展 長(zhǎng)度Xh若X!小于間隙長(zhǎng)度d，增大輸入電流i，增幅為lkA，并重復(fù)步驟 d;i. 否則，若Xi大于或者等于間隙長(zhǎng)度d，判定間隙閃絡(luò)，得到耐雷水平i。采用本發(fā)明推薦的仿真模型，將先導(dǎo)法應(yīng)用于工程上作為間隙閃絡(luò)的 判定方法，能夠從物理意義上描述間隙擊穿過(guò)程，能夠反映波尾閃絡(luò)的情 形，計(jì)算出的耐雷水平更準(zhǔn)確，過(guò)電壓閃絡(luò)波形更符合實(shí)際情形。本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說(shuō)明。本發(fā)明 所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或 補(bǔ)充或采用類似的方式替代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán) 利要求書(shū)所定義的范圍。
權(quán)利要求
1.一種絕緣子串耐雷水平的仿真方法，基于先導(dǎo)發(fā)展速度的計(jì)算以及先導(dǎo)長(zhǎng)度的計(jì)算，其特征在于，包括以下步驟a.通過(guò)先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及由間隙及極性確定的常數(shù)計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展速度以及先導(dǎo)長(zhǎng)度，從而判定是否絕緣間隙閃絡(luò)，得到閃絡(luò)電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線，修正該關(guān)系曲線，使其與短尾波雷電沖擊絕緣子串伏秒特性曲線一致，得到修正后的先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)；b.將輸入電流值以及計(jì)算步長(zhǎng)值應(yīng)用到貝吉龍模型，并逐步按增幅為1～5kA增大輸入電流值，直至閃絡(luò)間隙兩端的電壓與間隙長(zhǎng)度的比值大于或者等于修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)，記錄此時(shí)的閃絡(luò)間隙兩端的電壓；c.由閃絡(luò)間隙兩端的電壓、修正后的先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)以及修正后的由間隙及極性確定的常數(shù)計(jì)算先導(dǎo)發(fā)展長(zhǎng)度，并調(diào)試閃絡(luò)間隙兩端的電壓，直至發(fā)生間隙閃絡(luò)，記錄此時(shí)的輸入電流值，此時(shí)的輸入電流值即耐雷水平。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在導(dǎo)發(fā)展速度；EQ為由間隙及極性確定的常數(shù)；d為間隙長(zhǎng)度；U為閃絡(luò)間隙 兩端的電壓；X為剩余間隙長(zhǎng)度；k2 、 k3為先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在于，所述的先導(dǎo)發(fā)展速度計(jì)算公式為K' = A:油a八其中，Vi為先于，所述的先導(dǎo)長(zhǎng)度計(jì)算公式為Vi為先導(dǎo)發(fā)展速度；Xi為先導(dǎo)長(zhǎng)度。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在 于，先導(dǎo)發(fā)展系數(shù)k2取170， k3取1.5X10—3，所述的由間隙及極性確定的常數(shù)Eo取500kV/m。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在 于，所述的步驟a中閃絡(luò)電壓與時(shí)間的關(guān)系曲線這樣得到取電流值I為0 300kA，應(yīng)用至U(t)^IZ(t)，其中Z(t)為波阻抗，U(t)為閃絡(luò)電壓，檢測(cè)是否絕緣間隙閃絡(luò)，若否，記錄此時(shí)閃絡(luò)電壓Ui值以及^值，并增加時(shí)間 t值，增幅At為0.05us，直至m次時(shí)，發(fā)生絕緣間隙閃絡(luò)，記錄此時(shí)的Um值以及tm值，得到m組U值以及t值，得到閃絡(luò)電壓U與時(shí)間t的關(guān)系曲 線。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在 于，所述的步驟b中，所述的輸入電流值取100 300kA，計(jì)算步長(zhǎng)值取 0. 03 0. 05us。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在于，所述的步驟C中發(fā)生間隙閃絡(luò)這樣判定當(dāng)計(jì)算得出先導(dǎo)長(zhǎng)度大于或 者等于間隙長(zhǎng)度時(shí)，即判定為發(fā)生間隙閃絡(luò)。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的絕緣子串耐雷水平的仿真方法，其特征在 于，所述的步驟c中，若計(jì)算得出先導(dǎo)長(zhǎng)度小于間隙長(zhǎng)度時(shí)，重復(fù)步驟b。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種仿真方法，尤其是涉及一種絕緣子串耐雷水平的仿真方法的仿真方法。絕緣子串耐雷水平的仿真方法，基于先導(dǎo)發(fā)展速度計(jì)算公式V1=k2dek3(U/d)(U/x-E0)以及先導(dǎo)長(zhǎng)度計(jì)算公式XL＝∫VLdt，它是一種在應(yīng)用先導(dǎo)法判斷絕緣子串或間隙在外過(guò)電壓作用下閃絡(luò)，進(jìn)而求得耐雷水平地仿真方法。本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)計(jì)算精度高，誤差小不會(huì)造成結(jié)果偏松或者偏嚴(yán)。
文檔編號(hào)G01R31/12GK101216525SQ20081004665
公開(kāi)日2008年7月9日 申請(qǐng)日期2008年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月9日
發(fā)明者修木洪, 周沛洪, 穎 婁, 敏 戴, 李志軍, 李振強(qiáng), 谷定燮 申請(qǐng)人:國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究院