一種輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。包括：獲取輸電線路參數(shù)；建立絕緣子閃絡(luò)的先導(dǎo)發(fā)展模型，建立接地電阻的暫態(tài)非線性模型，利用線路參數(shù)和所建立的模型計(jì)算線路的雷電繞擊耐雷水平，利用所求的雷電繞擊耐雷水平結(jié)合電氣幾何模型計(jì)算繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率。本發(fā)明的輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，以運(yùn)行人員容易理解的方式，實(shí)現(xiàn)了輸電線路繞擊風(fēng)險(xiǎn)概率的快速計(jì)算，對(duì)確保電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行有重要意義。該方法簡(jiǎn)單直觀，易于實(shí)現(xiàn)和理解，有較好的可操作性。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及輸電線路雷擊監(jiān)測(cè)與保護(hù)【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002]雷擊是輸電線路的主要危害，是造成線路跳閘停電事故的主要原因，多年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)表明，雷害造成的故障占到了線路跳閘故障的50%?70%。雷擊線路形成的雷電過(guò)電壓波，沿線路傳播侵入變電所，也是危害變電所設(shè)備安全運(yùn)行的重要因素之一。從富蘭克林的風(fēng)箏引雷試驗(yàn)開(kāi)始，人類(lèi)對(duì)雷電的研究已有兩百多年的歷史。自上世紀(jì)60年代，有關(guān)雷電機(jī)理和防雷保護(hù)的研究發(fā)展到新的階段，理論分析、模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)和電子計(jì)算機(jī)等綜合使用。每一次線路高度和電壓等級(jí)的提高，都給防雷計(jì)算提出了新難題，同時(shí)也促使人們積極改進(jìn)防雷保護(hù)計(jì)算模型。國(guó)內(nèi)外研究人員現(xiàn)在使用的計(jì)算方法主要有規(guī)程法、電氣幾何模型、先導(dǎo)發(fā)展模型、行波法、EMTP法以及蒙特卡羅法等。蒙特卡洛法又稱(chēng)統(tǒng)計(jì)模擬法，是以概率和統(tǒng)計(jì)理論方法為基礎(chǔ)，使用隨機(jī)數(shù)來(lái)解決很多實(shí)際計(jì)算問(wèn)題的方法，能夠比較逼真地模擬事件的隨機(jī)特性及物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程，而且受幾何條件限制小，可解決一些數(shù)值方法難以解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明的目的就在于提供一種易于現(xiàn)場(chǎng)工作人員接受的輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，使線路雷電風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果更接近運(yùn)行實(shí)際情況，更易于現(xiàn)場(chǎng)推廣使用。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案為:
一種輸電線路繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，包括以下步驟:
步驟一、通過(guò)電力企業(yè)的管理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)MIS系統(tǒng)獲取輸電線路參數(shù)，所述輸電線路參數(shù)包括:桿塔結(jié)構(gòu)參數(shù)、絕緣子特性參數(shù)、導(dǎo)線參數(shù)、避雷線參數(shù)、避雷器參數(shù)，地形參數(shù)等。
[0005]步驟二、進(jìn)行輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率的計(jì)算，所述繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率又稱(chēng)繞擊閃絡(luò)率:
(1)、在電力系統(tǒng)暫態(tài)分析軟件ATP-EMTP下利用上述步驟一獲取的輸電線路參數(shù)建立桿塔的波阻抗模型、絕緣子閃絡(luò)的先導(dǎo)發(fā)展模型、以及接地電阻的暫態(tài)非線性模型；
(2)、利用第(I)步所建立的模型計(jì)算出線路的繞擊耐雷水平；
繞擊耐雷水平為利用電氣幾何模型計(jì)算繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率的重要參數(shù)，其計(jì)算采用二分法獲得，具體方法如下:
①在ATP-EMTP系統(tǒng)下建立的絕緣子閃絡(luò)的先導(dǎo)發(fā)展模型中設(shè)定雷電流數(shù)值分別為I1和12，滿足I1O2并且當(dāng)雷電流幅值等于I1時(shí)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)，雷電流幅值等于I2時(shí)絕緣子發(fā)生閃絡(luò)；
②取I3=(11+12) /2，判斷當(dāng)雷電流幅值等于I3時(shí)絕緣子是否發(fā)生閃絡(luò)，如果發(fā)生閃絡(luò)則令I(lǐng)2=I3，否則令I(lǐng)1=I3;
③重復(fù)第②步多次，直到I1和I2的差值滿足設(shè)定的精度要求時(shí)結(jié)束計(jì)算，輸出繞擊耐雷水平為工1。
[0006](3)、利用蒙特卡洛法對(duì)雷電繞擊線路的隨機(jī)特性進(jìn)行模擬，并依據(jù)雷電參數(shù)所滿足的概率分布抽取表征雷電特征的隨機(jī)參數(shù)，包括:雷電流幅值、雷電先導(dǎo)位置、雷電流上升時(shí)間、半峰值時(shí)間。具體步驟如下:
①、構(gòu)造或描述概率過(guò)程:
構(gòu)造和描述雷電流幅值、雷電先導(dǎo)位置、雷電流上升時(shí)間、半峰值時(shí)間的隨機(jī)概率過(guò)程，各隨機(jī)參數(shù)都需滿足給定的分布原則；
其中雷電流幅值滿足規(guī)程規(guī)定的概率分布，規(guī)程法推薦我國(guó)一般地區(qū)雷電流幅值超過(guò)I的概率可按下式求得:
\& P =—-
g 88
式中:1為雷電流幅值，單位為kA，P為雷電流幅值超過(guò)I的概率，推導(dǎo)得到雷電流幅值概率密度函數(shù)為:

-1
/{/) = 0,0262 XlOli;
雷電先導(dǎo)位置J需考慮包括垂 直和平行于輸電線路a z兩個(gè)方向上的位置4，4 ;以桿塔所在位置處記為原點(diǎn)0,將一個(gè)檔距記為5/73 ;dj, (64在引雷范圍內(nèi)服從卜零均勻分布；
雷電流上升時(shí)間服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,其中對(duì)數(shù)均值^3 =2us,對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差=0.4943US ；
雷電流半峰值時(shí)間服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其中對(duì)數(shù)均值k=50us,對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差=0.4943us ；
②實(shí)現(xiàn)從已知概率分布抽樣
利用上述概率模型產(chǎn)生隨機(jī)變量，利用計(jì)算機(jī)隨機(jī)抽取雷電流幅值、雷電先導(dǎo)位置、雷電流上升時(shí)間、半峰值時(shí)間等數(shù)值，使抽取的數(shù)值滿足給定的分布；
(4)、結(jié)合繞擊耐雷水平這一參數(shù)，將第(3)步中抽取到的一組隨機(jī)數(shù)據(jù)代入建立的EGM模型，判斷在這種條件下是否發(fā)生繞擊閃絡(luò)事故。
[0007]電氣幾何模型的基本理論如下所示:分析輸電線路繞擊屏蔽是否失效時(shí)，在垂直于線路的一個(gè)截面內(nèi)，避雷線和導(dǎo)線的引雷范圍都是通過(guò)以擊距為半徑的一段圓弧來(lái)表示，分別稱(chēng)為屏蔽弧，暴露弧，大地的引雷范圍則通過(guò)一平行于地面的直線來(lái)表示。屏蔽弧，暴露弧和對(duì)地?fù)艟嘀本€之間形成兩點(diǎn)，這兩點(diǎn)的位置決定了導(dǎo)線暴露在外的范圍大小，也決定了導(dǎo)線被繞擊的概率。取垂直于線路的一個(gè)截面來(lái)說(shuō)明屏蔽失效的簡(jiǎn)化模型，該模型由一根導(dǎo)線、一根避雷線和參考地面組成。具體如圖5所示。
[0008]附圖中%為導(dǎo)線高度，<為避雷線高度，為避雷線對(duì)相線的保護(hù)角。雷電流強(qiáng)度為J的雷電先導(dǎo)在該截面定位位置為曲線SPGE，避雷線、導(dǎo)線對(duì)應(yīng)的擊距弧段SP和PG分別是以各自所在位置為圓心，以擊距4^為半徑的弧線，GE為平行于地面、高度為地面擊距^的直線。定位于SP (屏蔽弧)上的落雷將擊中避雷線，定位于PG (暴露弧)上的落雷將繞擊導(dǎo)線,JT5為相線的暴露距離。定位于直線段GE上的落雷將擊中地面。
[0009] (5)、重復(fù)以上(2)、(3)、(4)三個(gè)步驟N次，記錄閃絡(luò)的次數(shù)，便可得到繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳
閘率或繞擊閃絡(luò)率的概率估計(jì)值，其公式如下:
N
【權(quán)利要求】
1.一種輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法，其特征在于，該方法包括以下步驟: 步驟一、通過(guò)電力企業(yè)的管理信息系統(tǒng)簡(jiǎn)稱(chēng)MIS系統(tǒng)獲取輸電線路的各項(xiàng)結(jié)構(gòu)參數(shù)和運(yùn)行參數(shù)； 步驟二、進(jìn)行輸電線路雷電繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率的計(jì)算，所述繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率又稱(chēng)繞擊閃絡(luò)率: (1)、在電力系統(tǒng)暫態(tài)分析軟件ATP-EMTP下利用上述步驟一獲取的輸電線路參數(shù)建立桿塔的波阻抗模型、絕緣子閃絡(luò)的先導(dǎo)發(fā)展模型、以及接地電阻的暫態(tài)非線性模型； (2)、利用第(I)步所建立的模型計(jì)算出輸電線路的繞擊耐雷水平，繞擊耐雷水平為利用電氣幾何模型計(jì)算繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率的重要參數(shù)，其計(jì)算采用二分法獲得；其具體方法如下: ①在ATP-EMTP系統(tǒng)下建立的絕緣子閃絡(luò)的先導(dǎo)發(fā)展模型中設(shè)定雷電流數(shù)值分別為I1和12，滿足I1O2并且當(dāng)雷電流幅值等于I1時(shí)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)，雷電流幅值等于I2時(shí)絕緣子發(fā)生閃絡(luò)； ②取I3=(11+12) / 2，判斷當(dāng)雷電流幅值等于I3時(shí)絕緣子是否發(fā)生閃絡(luò)，如果發(fā)生閃絡(luò)則令I(lǐng)2=I3，否則令I(lǐng)1=I3; ③重復(fù)第②步多次，直到I1和I2的差值滿足設(shè)定的精度要求時(shí)結(jié)束計(jì)算，輸出繞擊耐雷水平為Il ; (3)、利用蒙特卡洛法對(duì)雷電繞擊線路的隨機(jī)特性進(jìn)行模擬，并抽取表征雷電特征的隨機(jī)參數(shù): ①、構(gòu)造或描述概率過(guò)程: 構(gòu)造和描述雷電流幅值、雷電先導(dǎo)位置、雷電流上升時(shí)間、半峰值時(shí)間的隨機(jī)概率過(guò)程，各隨機(jī)參數(shù)都需滿足給定的分布原則； 其中雷電流幅值滿足規(guī)程規(guī)定的概率分布，規(guī)程法推薦我國(guó)一般地區(qū)雷電流幅值超過(guò)I的概率可按下式求得:

Ig P =:—

g 88 式中:1為雷電流幅值，單位為kA，P為雷電流幅值超過(guò)I的概率，推導(dǎo)得到雷電流幅值概率密度函數(shù)為: /(/) = 0,0262 XlOli; 雷電先導(dǎo)位置V需考慮包括垂直和平行于輸電線路a z兩個(gè)方向上的位置4， ;以桿塔所在位置處記為原點(diǎn)O,將一個(gè)檔距記為5/73 -,dj, (64在引雷范圍內(nèi)服從[-平?/2,?零1.|/2]均勻分布； 雷電流上升時(shí)間服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布,其中對(duì)數(shù)均值〖?2 =2us,對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差α =0.4943us ； 雷電流半峰值時(shí)間服從對(duì)數(shù)正態(tài)分布，其中對(duì)數(shù)均值^H=50us，對(duì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差f=0.4943us ； ②實(shí)現(xiàn)從已知概率分布抽樣 利用上述概率模型產(chǎn)生隨機(jī)變量，利用計(jì)算機(jī)隨機(jī)抽取雷電流幅值、雷電先導(dǎo)位置、雷電流上升時(shí)間、半峰值時(shí)間等數(shù)值，使抽取的數(shù)值滿足給定的分布； (4)、結(jié)合繞擊耐雷水平這一參數(shù)，將第(3)步中抽取到的一組隨機(jī)數(shù)據(jù)代入建立的EGM模型即電氣幾何模型，判斷在這種條件下是否發(fā)生繞擊閃絡(luò)事故； (5)、重復(fù)以上(2)、(3)、(4)三個(gè)步驟N次，記錄閃絡(luò)的次數(shù)，便可得到繞擊風(fēng)險(xiǎn)跳閘率或繞擊閃絡(luò)率的概率估計(jì)值，其公式如下:
【文檔編號(hào)】G06F17/50GK103488815SQ201310374778
【公開(kāi)日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年8月26日 優(yōu)先權(quán)日:2013年8月26日
【發(fā)明者】康淑豐, 張明旭, 馮洪潤(rùn), 劉朝輝, 馬永芳, 霍春燕, 王軍, 趙志剛, 蘇永杰, 李儉, 馬超 申請(qǐng)人:國(guó)家電網(wǎng)公司, 國(guó)網(wǎng)河北省電力公司檢修分公司