一種特高壓大跨越線路反擊跳閘率計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及環(huán)境監(jiān)控領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方 法。
【背景技術(shù)】
[0002] 特高壓大跨越桿塔的高度高、檔距長(zhǎng)，桿塔及地線引發(fā)上行先導(dǎo)導(dǎo)致雷擊的概率 很高，且發(fā)生雷擊事故后不易維修，因此其耐雷性能一直是輸電線路防雷保護(hù)的關(guān)鍵問(wèn)題 之一。大跨越線路雷擊跳閩的主要原因之一是反擊。運(yùn)是因?yàn)榇罂缭綏U塔比一般桿塔更易 遭受雷擊；同時(shí)桿塔波阻抗大且桿塔較高增加了絕緣閃絡(luò)概率。而現(xiàn)有的計(jì)算輸電線路反 擊跳閩率的方法一般都是針對(duì)高壓及其W下線路提出的，其并未考慮特高壓大跨越線路的 特殊性，需要提出一種系統(tǒng)的反擊跳閩率分析方法，準(zhǔn)確反映特高壓大跨越線路雷擊故障 的風(fēng)險(xiǎn)，提供更符合防雷要求的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。
[0003] 隨著閃電定位系統(tǒng)的推廣，地閃的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、睹度等一系列參數(shù)能夠 被準(zhǔn)確記錄，可W結(jié)合地理信息系統(tǒng)（GK)考慮大跨越段線路地形地貌特征、雷電活動(dòng)差 異性、環(huán)境特征差異性、線路結(jié)構(gòu)差異性。同時(shí)電力系統(tǒng)電磁暫態(tài)分析（AT巧等電磁暫態(tài)仿 真軟件的廣泛應(yīng)用，可W建立符合特高壓大跨越線路特征的雷擊放電通道、絕緣子閃絡(luò)、接 地電阻等模型。
[0004] W下通過(guò)研究相關(guān)最新發(fā)明和實(shí)用新型專利，進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)背景。專 利-一種特高壓輸電線路雷電反擊性能仿真計(jì)算方法（201310714012)通過(guò)將大跨越桿 塔之間的導(dǎo)線分為多個(gè)線段，對(duì)每個(gè)線段建立線路分布參數(shù)電路模型，并對(duì)每個(gè)桿塔建立 多波阻抗模型，然后根據(jù)雷電活動(dòng)情況選定雷電參數(shù)，整合所有模型并計(jì)算出耐雷水平， 然后根據(jù)耐雷水平W及一系列公式計(jì)算得出特高壓輸電線路的反擊跳閩率水平。但是此 方法線路采用Bergeron模型，沒(méi)有考慮線路參數(shù)的頻變特征，同時(shí)沒(méi)有考慮雷擊桿塔線 路上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓。專利-一種特高壓輸電線路大跨越段雷電反擊性能的確定方法 (201410050630)對(duì)大跨越桿塔及檔中導(dǎo)線進(jìn)行分段分布參數(shù)模型建模，提高了雷電反擊性 能的仿真計(jì)算精度。但是該方法沒(méi)有考慮線路走廊范圍內(nèi)的雷電參數(shù)，線路建模沒(méi)有考慮 沖擊電暈與接地電阻的影響，計(jì)算結(jié)果做不到精確。

【發(fā)明內(nèi)容】
陽(yáng)0化]本發(fā)明目的在于克服W上現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì) 算方法，具體由W下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：
[0006] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0007] (1)基于化idler函數(shù)與長(zhǎng)均勻傳輸線模擬，建立雷電流和雷電通道仿真模型， Heidler函數(shù)表達(dá)示，如式（1)所示，
[000引
（1)
[0009]式中，I。為峰值電流，T1和T2分別為波頭時(shí)間常數(shù)和波尾時(shí)間常數(shù)，n為電流睹 度因子；
[0010] (2)建立特高壓大跨越線路及桿塔模型，確定線路反擊耐雷水平； W11] 做根據(jù)閃電定位系統(tǒng)，擬合出線路走廊范圍內(nèi)雷電流幅值分布概率，確定不同工 頻電壓相位下的閃絡(luò)概率；
[0012] (4)根據(jù)閃電定位系統(tǒng)及GIS系統(tǒng)確定大跨越線路走廊的落雷密度，轉(zhuǎn)化為線路 落雷次數(shù)；
[0013] (5)確定雷擊桿塔塔頂?shù)母怕剩?br>[0014] (6)確定浪涌沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率；
[0015] (7)確定特高壓大跨越線路的反擊跳閩率。
[0016] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟（1)中 的雷電通道波阻抗根據(jù)GB50064-2014的波阻抗隨雷電流幅值變化的規(guī)律確定。
[0017] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟（2)中 的輸電線路及桿塔模型包括輸電線路的導(dǎo)線、避雷線模型、線路沖擊電暈?zāi)Ｐ?、桿塔模型、 絕緣子串閃絡(luò)模型、接地電阻模型和雷擊塔頂感應(yīng)過(guò)電壓模型；所述導(dǎo)線、避雷線模型選用 Jmarti模型，用于反映頻率與線路參數(shù)的關(guān)系W及分布的損耗特性；避雷線模型采用雙回 避雷線，輸電導(dǎo)線末端選用10km的長(zhǎng)線模擬，用于消除雷電流在輸電線路末端的折反射； 所述桿塔模型采用多波阻抗模型，根據(jù)桿塔的主材和橫擔(dān)長(zhǎng)度的無(wú)損線路進(jìn)行建模；所述 絕緣子串閃絡(luò)模型采用先導(dǎo)發(fā)展模型。
[0018] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟（3)中 的雷電流累積概率分布公式，根據(jù)IEEE給出的雷電流累積概率分布公式，如式（3)所示，
(3；
[0019]
[0020] 結(jié)合閃電定位系統(tǒng)的雷電數(shù)據(jù)，可W擬合得出a和P，P(I)是線路走廊范圍內(nèi)雷 電流幅值累積概率分布。
[0021] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，安裝雷電在線監(jiān) 測(cè)終端，在線監(jiān)測(cè)終端根據(jù)雷電流行波記錄下雷擊發(fā)生時(shí)刻t，在時(shí)鐘同步的情況下再在雷 電定位系統(tǒng)中查詢t時(shí)刻線路的雷擊情況，最后利用指定時(shí)間段內(nèi)查詢到的雷電流幅值擬 合得出a和P參數(shù)值。
[0022] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟（3)中 不同工頻電壓相位下的閃絡(luò)概率的計(jì)算包括如下步驟：在ATP軟件中，將工作電壓相角中 從0依次增大到360°，步長(zhǎng)為30。，記錄發(fā)生閃絡(luò)時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值Ii、l2…、Ii2;計(jì)算雷電 流在相鄰兩個(gè)閃絡(luò)電流之間出現(xiàn)的概率的表達(dá)式如式（4)所示，
(:斗)
[0023]
[0024] 閃絡(luò)率
。.
[0025] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟（4)中 每百千米每年的落雷次數(shù)?^^=NJV10,其中昨?yàn)楦鶕?jù)閃電定位系統(tǒng)得到的線路走廊每平方 千米的年落雷次數(shù)，D為線路的引雷寬度，D= 0. 28(2化°'6+b)，h為桿塔的高度；b為兩根避 雷線線之間的距離。所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述 步驟（5)中確定雷擊桿塔塔頂?shù)母怕释ㄟ^(guò)輸電線路所在地形確定，平原為1/6,山區(qū)為1/4。 [00%] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟化）中 浪涌沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率的表達(dá)式如式（5)所示，
[0027]
[0028] 化為系統(tǒng)額定電壓，1為線路絕緣子串長(zhǎng)度。
[0029] 所述特高壓大跨越線路反擊跳閩率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟（7)中 反擊跳閩率的表達(dá)式如式（6)所示，
[0030] SFR = Nl n pg (6)
[0031] 其中，?^^為線路的每百千米每年的落雷次數(shù)，n為雷擊沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電 弧的概率，P為雷電流幅值大于線路耐雷水平的概率，g為雷擊于桿塔塔頂?shù)母怕?；所述?擊跳閩率的單位為次/100千米?年。
[0032] 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)如下：
[0033] 本發(fā)明中對(duì)大跨越桿塔進(jìn)行分布參數(shù)模型建模，考慮線路參數(shù)受頻率和電暈的影 響，提高了雷電反擊性能的仿真計(jì)算精度。
[0034] 本發(fā)明中考慮雷電波在桿塔不同部位折反射情況，W及雷電流在線路傳播過(guò)程 中，頻率對(duì)線路參數(shù)的影響。
[0035] 本發(fā)明中考慮了輸電線路遭受雷擊時(shí)真正加在絕緣子上的千差萬(wàn)別的過(guò)電壓波 形，從理論上比較符合放電的物理過(guò)程。
[0036] 本發(fā)明中考慮了工頻電壓對(duì)反擊耐雷水平的影響，計(jì)算不同工作相位角時(shí)的閃絡(luò) 率。
[0037] 本發(fā)明中考慮了雷擊塔頂時(shí)線路上感應(yīng)過(guò)電壓的影響，在絕緣子串閃絡(luò)模型中禪 合進(jìn)感應(yīng)過(guò)電壓。
[0038] 本發(fā)明中考慮了接地體在雷電流作用下的復(fù)雜流散過(guò)程，采用有損長(zhǎng)線來(lái)模擬接 地體，同時(shí)考慮火花效應(yīng)導(dǎo)致的電阻時(shí)變效應(yīng)。
[0039] 本發(fā)明中通過(guò)雷電定位系統(tǒng)和GIS系統(tǒng)獲得輸電線路走廊范圍內(nèi)準(zhǔn)確的雷電參 數(shù)，擬合雷電流幅值概率分布公式，計(jì)算出較為精確的線路落雷密度。
【附圖說(shuō)明】
[0040] 圖1為本發(fā)明的雷電流通道阻抗與雷電流幅值的關(guān)系示意圖。
[0041] 圖2為本發(fā)明的線路沖擊電暈?zāi)Ｐ褪疽鈭D。
[0042] 圖3為本發(fā)明的桿塔多波阻抗模型示意圖。
[0043] 圖4為本發(fā)明的接地電阻模型示意圖。
[0044] 圖5為本發(fā)明的絕緣子串模型示意圖。
[0045] 圖6為本發(fā)明的雷擊桿塔塔頂示意圖。
[0046] 圖7為本發(fā)明方法的跳閩率計(jì)算流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0047] 下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0048] 本是實(shí)施例提供的特高壓大跨越線路雷電反擊跳閩率計(jì)算方法包括W下步驟： (1)建立雷電流和雷電通道仿真模型；（2)建立特高壓大跨越線路及桿塔模型，確定線路反 擊耐雷水平；（3)根據(jù)閃電定位系統(tǒng)，擬合出線路走廊范圍內(nèi)雷電流幅值分布概率，確定不 同工頻電壓相位下的閃絡(luò)概率；(4)根據(jù)閃電定位系統(tǒng)及GIS系統(tǒng)確定大跨越線路走廊的 落雷密度，轉(zhuǎn)化為每百千米每年的落雷次數(shù)；(5)確定雷擊桿塔塔頂?shù)母怕剩?6)確定浪涌 沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率；（7)確定特高壓大跨越線路的反擊跳閩率。 W例 （1)中雷電流波形采用IEC推薦的化idler函數(shù)表示，表達(dá)式為： 陽(yáng)化0]
[0051] 式中，I。為峰值電流，X1和X2分別為波頭時(shí)間常數(shù)和波尾時(shí)間常數(shù)，n為電流睹 度因子，一般情況下取n= 2或10。
[0052] 因?yàn)榛負(fù)敉ǖ篮荛L(zhǎng)，不考慮回?fù)敉ǖ乐械恼鄯瓷?，回?fù)敉ǖ烙煤荛L(zhǎng)的均勻傳輸 線模擬。雷電流通道的波阻抗Z。和雷電流幅值緊密相關(guān)，雷電通道等值波阻抗Z。在不 同的雷電流幅值下宜區(qū)別對(duì)待，根據(jù)《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合設(shè)計(jì)規(guī)范》 (GB50064-2014)給出的Z。隨雷電流幅值變化的規(guī)律圖確定，見(jiàn)圖1。
[0053] 步驟（2)中的輸電線路及桿塔模型包括輸電線路的導(dǎo)線、避雷線模型、線路沖擊 電暈?zāi)Ｐ?、桿塔模型、絕