一種750kV輸電線路雷電繞擊性能評估方法
【專利摘要】本發明公開了一種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輸電線路中的導線工作電壓相位劃分為若干區段，得到不同相位導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。本發明能夠準確的評估出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
技術領域
[0001 ]本發明屬于750kv電力工程仿真計算領域，涉及一種750kV輸電線路雷電繞擊性能 評估方法。
【背景技術】
[0002] ATP-EMTP程序是國際通用的先進的圖形化的電磁暫態計算程序。該程序由世界各 國參與研發，程序的準確性得到世界公認，并由IEC71-4導則予以推薦和確認，國內外研究 機構均采用該程序進行電磁暫態的仿真計算。ATP-EMTP的基本算法:根據元件的不同特性， 建立相應的代數方程，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 中參數元件化成電阻性網絡，對于傳輸線等分布性參數利用其上的波過程的特征線方程， 經過一定的轉換，把分布參數的線段也等效為電阻性網絡，則其相應的方程也變為代數方 程，進一步形成節點導納矩陣;然后采用優化結點編號技術和稀疏矩陣算法，以節點電壓為 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 穩態計算中應將非線性元件線性化，包括利用簡單的迭代進行潮流計算。
[0003] 電氣幾何模型(EGM)是當今國際上流行的分析繞擊率的方法。它以雷擊機理的現 代知識作為基礎。其基本原理建立在下列基本概念和假設基礎上。
[0004] (1)由雷云向地面發展的先導通道頭部到達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，即向該物體放電。
[0005] (2)擊距rs是雷電流幅值I的函數。各國采用此函數關系不完全相同。考慮了下列4 種函數關系式，取其最嚴重者，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)先導接近地面時的入射角!D服從某一給定的概率分布函數。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為導線，a為保護角，對于不同的 雷電流幅值h，由上述關系式可算出相應的擊距r sl。當先導頭部進入弧面，放電將擊向 地線。當先導頭部進入GDi弧面則擊中導線，即發生繞擊。所以QDi弧面稱為暴露面。當先導 頭部進入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，不再發生繞擊。Im稱為最大繞擊電流。相應的擊距稱為 最大擊距Rsm，一般情況下擊距
并非所有的繞擊都會引起絕緣的 閃絡，只有當雷電流在導線上引起的電壓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，1〇為最小危險繞擊電流。對應雷電流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）的相應暴 露面積為：
[0014] 考慮不同雷電流的出現概率，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。 當地面傾斜角不為零時，其計算要復雜些，但基本原理是相同的。
[0017] 近年來，相關的研究院所及高校對750kV線路的雷電繞擊性能進行了仿真研究，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行桿塔模型的修正，且未形成完 整、統一的仿真方法，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 真計算得到結果精度不高，其雷電性能評估結論也未應用至750kV線路的設計中。
【發明內容】
[0018] 本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供了一種750kV輸電線路雷電繞 擊性能評估方法，該方法能夠準確的評估出750kV輸電線路雷電繞擊性能。
[0019] 為達到上述目的，本發明所述的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輸電線路的結構特征及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750kV輸電線路的基本信息及 750kV輸電線路的結構特征得各分段處導地線的相對幾何位置信息；
[0022] 3)根據將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段的結果給定750kV輸電線路的地 理信息；
[0023] 4)將750kV輸電線路中的導線工作電壓相位劃分為若干區段，再根據步驟2)得到 的各分段處導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 線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權平均值；
[0025]不同相位導線工作電壓下各檔距的雷電繞擊跳閘率為對應檔距內各分段線路雷 電繞擊跳閘率的加權平均值；
[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 的加權平均值；
[0027] 5)根據步驟4)得到的各分段線路在不同導線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權 平均值、各檔距內各分段線路雷電繞擊跳閘率的加權平均值以及750kV輸電線路中所有檔 距雷電繞擊跳閘率的加權平均值得各檔距的雷電繞擊跳閘率相對偏差，然后根據各檔距的 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的 分段數；
[0029] 輸電線路的結構特征包括輸電線路中桿塔塔型、導地線型號、導地線弧垂、檔距長 度及絕緣子串結構串長。
[0030] 輸電線路的絕緣特征包括絕緣子串閃絡電壓及最短空氣間隙閃絡電壓。
[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)中導線工作電壓相位的變化范圍為0°-360°。
[0034]本發明具有以下有益效果：
[0035]本發明所述的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輸電線路進行細分，提高地線跟桿塔連接時在工頻電壓作用下的環流電流仿真計 算精度，同時將導線工作電壓相位劃分為若干區段，計算不同相位導線工作電壓下各分段 線路的雷電繞擊跳閘率，然后再根據不同相位導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，本發明對750kV輸電線路及導線工作電壓相位進行細分，從而有效的提高仿真的精度， 實現750kV輸電線路雷電繞擊性能準確評估，計算結果能夠適用于指導工程的科學設計。
【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線概率的電氣幾何模型示意圖。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：
[0039]本發明所述的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輸電線路的結構特征及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的分段 數;輸電線路的結構特征包括輸電線路中桿塔塔型、導地線型號、導地線弧垂、檔距長度及 絕緣子串結構串長;輸電線路的絕緣特征包括絕緣子串閃絡電壓及最短空氣間隙閃絡電 壓；
[00411 2)將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段，再根據750kV輸電線路的基本信息及 750kV輸電線路的結構特征得各分段處導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)根據將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段的結果給定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輸電線路中的導線工作電壓相位劃分為若干區段，其中，導線工作電壓 相位的變化范圍為0°-360°，再根據步驟2)得到的各分段處導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 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 線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權平均值；
[0045]不同相位導線工作電壓下各檔距的雷電繞擊跳閘率為對應檔距內各分段線路雷 電繞擊跳閘率的加權平均值；
[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 的加權平均值；
[0047] 5)根據步驟4)得到的各分段線路在不同導線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權 平均值、各檔距內各分段線路雷電繞擊跳閘率的加權平均值以及750kV輸電線路中所有檔 距雷電繞擊跳閘率的加權平均值得各檔距的雷電繞擊跳閘率相對偏差，然后根據各檔距的 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，本發明針對750kV輸電線路桿塔的塔高較高、導線跨越檔距較長、 桿塔引起雷電繞擊概率較高、且發生雷擊事故后不易維修、更換電力設備的特點。提出了調 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，使計算結果適用于指導工程的科學設計。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行細分，提高地線跟桿塔 連接時在工頻電壓作用下的環流電流仿真計算精度，最后根據評估的結果找出整條750kV 輸電線路中防雷薄弱點，并提出不同地區、不同條件下，750kV輸電線路應采用的差異化防 雷措施，優化工程設計，節省工程投資。
【主權項】
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輸電線路的結構特征及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750kV輸電線路的基本信息及 750kV輸電線路的結構特征得各分段處導地線的相對幾何位置信息； 3) 根據將750kV輸電線路的檔距劃分為若干分段的結果給定750kV輸電線路的地理信 息； 4) 將750kV輸電線路中的導線工作電壓相位劃分為若干區段，再根據步驟2)得到的各 分段處導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線工 作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權平均值； 不同相位導線工作電壓下各檔距的雷電繞擊跳閘率為對應檔距內各分段線路雷電繞 擊跳閘率的加權平均值； 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 權平均值； 5) 根據步驟4)得到的各分段線路在不同導線工作電壓下雷電繞擊跳閘率的加權平均 值、各檔距內各分段線路雷電繞擊跳閘率的加權平均值以及750kV輸電線路中所有檔距雷 電繞擊跳閘率的加權平均值得各檔距的雷電繞擊跳閘率相對偏差，然后根據各檔距的雷電 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. 根據權利要求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的分段數。3. 根據權利要求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 路的結構特征包括輸電線路中桿塔塔型、導地線型號、導地線弧垂、檔距長度及絕緣子串結 構串長。4. 根據權利要求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電壓及最短空氣間隙閃絡電壓。5. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求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】國家電網公司, 國網陜西省電力公司經濟技術研究院, 中國電力科學研究院, 國網寧夏電力公司檢修公司