一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，包括以下步骤：1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息；2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，得各分段处导地线的相对几何位置信息；3)给定750kV输电线路的地理信息；4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率；5)不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。本发明能够准确的评估出750kV输电线路雷电绕击性能。
【专利说明】
一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法
技术领域
[0001 ]本发明属于750kv电力工程仿真计算领域，涉及一种750kV输电线路雷电绕击性能 评估方法。
【背景技术】
[0002] ATP-EMTP程序是国际通用的先进的图形化的电磁暂态计算程序。该程序由世界各 国参与研发，程序的准确性得到世界公认，并由IEC71-4导则予以推荐和确认，国内外研究 机构均采用该程序进行电磁暂态的仿真计算。ATP-EMTP的基本算法:根据元件的不同特性， 建立相应的代数方程，常微分方程和偏微分方程，利用梯形积分法将电感、电容、电源等集 中参数元件化成电阻性网络，对于传输线等分布性参数利用其上的波过程的特征线方程， 经过一定的转换，把分布参数的线段也等效为电阻性网络，则其相应的方程也变为代数方 程，进一步形成节点导纳矩阵;然后采用优化结点编号技术和稀疏矩阵算法，以节点电压为 未知量，利用矩阵三角分解求解，最后求得各支路的电流、电压和所有消耗的功率、能量。在 稳态计算中应将非线性元件线性化，包括利用简单的迭代进行潮流计算。
[0003] 电气几何模型(EGM)是当今国际上流行的分析绕击率的方法。它以雷击机理的现 代知识作为基础。其基本原理建立在下列基本概念和假设基础上。
[0004] (1)由雷云向地面发展的先导通道头部到达被击物体的临界击穿距离一击距以 前，击中点是不确定的。先到哪个物体的击距内，即向该物体放电。
[0005] (2)击距rs是雷电流幅值I的函数。各国采用此函数关系不完全相同。考虑了下列4 种函数关系式，取其最严重者，并考虑10%误差。
[0006] (a)rs = 7.110.75 (Whitehead)
[0007] (b)rs = 8I0.65(IEEE 工作组）
[0008] (c)rs = 10I0.65(美国）
[0009] (d)rs = 6.72I0.8(日本）
[0010] (3)先导接近地面时的入射角!D服从某一给定的概率分布函数。其分布概率
[0011] 图1为雷击线路的电气几何模型，其中，S为地线，C为导线，a为保护角，对于不同的 雷电流幅值h，由上述关系式可算出相应的击距r sl。当先导头部进入弧面，放电将击向 地线。当先导头部进入GDi弧面则击中导线，即发生绕击。所以QDi弧面称为暴露面。当先导 头部进入DiEi平面，则击中大地。
[0012] 随着雷电流幅值的增大，暴露弧CiDi逐渐缩小。当雷电流增大到1』寸暴露弧缩小为 零。此时雷或击中地线，或击中大地，不再发生绕击。Im称为最大绕击电流。相应的击距称为 最大击距Rsm，一般情况下击距
并非所有的绕击都会引起绝缘的 闪络，只有当雷电流在导线上引起的电压U。(包括工作电压）大于绝缘放电电压时，即Uc = I0Zc/2.2+Em>U5Q才会闪络，1〇为最小危险绕击电流。对应雷电流I及击距r s，在一定的rs下， 暴露弧在地面的投影见，参考图2，线路地平面上(水平方向，地面倾斜角为零时）的相应暴 露面积为：
[0014] 考虑不同雷电流的出现概率，SP
[0015] z =\] /JV)dl
[0016] 其中，P(I)为雷电流I的概率分布密度
为危险绕击率，式中W为引雷宽度。 当地面倾斜角不为零时，其计算要复杂些，但基本原理是相同的。
[0017] 近年来，相关的研究院所及高校对750kV线路的雷电绕击性能进行了仿真研究，但 其提出的仿真计算方法大多是在一般线路的计算方法上进行杆塔模型的修正，且未形成完 整、统一的仿真方法，且在仿真计算中没有考虑多种因素下线路雷电绕击性能影响，然而仿 真计算得到结果精度不高，其雷电性能评估结论也未应用至750kV线路的设计中。
【发明内容】
[0018] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种750kV输电线路雷电绕 击性能评估方法，该方法能够准确的评估出750kV输电线路雷电绕击性能。
[0019] 为达到上述目的，本发明所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法包括以下 步骤：
[0020] 1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息，所述750kV输电线路信息包 括750kV输电线路的基本信息、750kV输电线路的结构特征及750kV输电线路的绝缘特征；
[0021] 2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，再根据750kV输电线路的基本信息及 750kV输电线路的结构特征得各分段处导地线的相对几何位置信息；
[0022] 3)根据将750kV输电线路的档距划分为若干分段的结果给定750kV输电线路的地 理信息；
[0023] 4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，再根据步骤2)得到 的各分段处导地线相对几何位置信息以及步骤3)得到的750kV输电线路的地理信息、750kV 输电线路的绝缘特征计算得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，其 中，
[0024]不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率为各分段线路在不同导 线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值；
[0025]不同相位导线工作电压下各档距的雷电绕击跳闸率为对应档距内各分段线路雷 电绕击跳闸率的加权平均值；
[0026] 7 50kV输电线路的雷电绕击跳闸率为7 50kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率 的加权平均值；
[0027] 5)根据步骤4)得到的各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权 平均值、各档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值以及750kV输电线路中所有档 距雷电绕击跳闸率的加权平均值得各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差，然后根据各档距的 雷电绕击跳闸率相对偏差确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击 性能评估。
[0028] 输电线路的基本信息包括输电线路的名称、电压等级、总长度及各档距线路内的 分段数；
[0029] 输电线路的结构特征包括输电线路中杆塔塔型、导地线型号、导地线弧垂、档距长 度及绝缘子串结构串长。
[0030] 输电线路的绝缘特征包括绝缘子串闪络电压及最短空气间隙闪络电压。
[0031] 输电线路地理信息包括各杆塔处的海拔高度、沿线各分段处的海拔高度、垂直线 路方向上距杆塔不同距离处的海拔高度及垂直线路方向上距沿线各分段不同距离位置处 的海拔高度。
[0032] 步骤2)中将750kV输电线路的档距划分为10个分段。
[0033]步骤4)中导线工作电压相位的变化范围为0°-360°。
[0034]本发明具有以下有益效果：
[0035]本发明所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法在操作时，针对750kV输电线 路杆塔的塔高较高、导线跨越档距较长的特点，将750kV输电线路的档距划分为若干分段， 使750kV输电线路进行细分，提高地线跟杆塔连接时在工频电压作用下的环流电流仿真计 算精度，同时将导线工作电压相位划分为若干区段，计算不同相位导线工作电压下各分段 线路的雷电绕击跳闸率，然后再根据不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸 率确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。需要说明的 是，本发明对750kV输电线路及导线工作电压相位进行细分，从而有效的提高仿真的精度， 实现750kV输电线路雷电绕击性能准确评估，计算结果能够适用于指导工程的科学设计。
【附图说明】
[0036]图1为雷击线路的电气几何模型；
[0037]图2为计算雷绕击线路导线概率的电气几何模型示意图。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
[0039]本发明所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法包括以下步骤：
[0040] 1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息，所述750kV输电线路信息包 括750kV输电线路的基本信息、750kV输电线路的结构特征及750kV输电线路的绝缘特征，其 中，输电线路的基本信息包括输电线路的名称、电压等级、总长度及各档距线路内的分段 数;输电线路的结构特征包括输电线路中杆塔塔型、导地线型号、导地线弧垂、档距长度及 绝缘子串结构串长;输电线路的绝缘特征包括绝缘子串闪络电压及最短空气间隙闪络电 压；
[00411 2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，再根据750kV输电线路的基本信息及 750kV输电线路的结构特征得各分段处导地线的相对几何位置信息，其中，将750kV输电线 路的档距划分为10个分段；
[0042] 3)根据将750kV输电线路的档距划分为若干分段的结果给定750kV输电线路的地 理信息，其中，输电线路地理信息包括各杆塔处的海拔高度、沿线各分段处的海拔高度、垂 直线路方向上距杆塔不同距离处的海拔高度及垂直线路方向上距沿线各分段不同距离位 置处的海拔高度；
[0043] 4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，其中，导线工作电压 相位的变化范围为0°-360°，再根据步骤2)得到的各分段处导地线相对几何位置信息以及 步骤3)得到的750kV输电线路的地理信息、750kV输电线路的绝缘特征计算得到不同相位导 线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，其中，
[0044]不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率为各分段线路在不同导 线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值；
[0045]不同相位导线工作电压下各档距的雷电绕击跳闸率为对应档距内各分段线路雷 电绕击跳闸率的加权平均值；
[0046] 7 50kV输电线路的雷电绕击跳闸率为7 50kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率 的加权平均值；
[0047] 5)根据步骤4)得到的各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权 平均值、各档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值以及750kV输电线路中所有档 距雷电绕击跳闸率的加权平均值得各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差，然后根据各档距的 雷电绕击跳闸率相对偏差确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击 性能评估。
[0048]需要说明的是，本发明针对750kV输电线路杆塔的塔高较高、导线跨越档距较长、 杆塔引起雷电绕击概率较高、且发生雷击事故后不易维修、更换电力设备的特点。提出了调 整工作电压相位角使得雷电绕击线路时所有工频电压幅值涵盖在仿真计算中，更精确的评 估输电线路的雷电绕击性能，使计算结果适用于指导工程的科学设计。同时针对750kV输电 线路的杆塔高度较高的特点，将杆塔各部分、各段的不同波阻抗进行细分，提高地线跟杆塔 连接时在工频电压作用下的环流电流仿真计算精度，最后根据评估的结果找出整条750kV 输电线路中防雷薄弱点，并提出不同地区、不同条件下，750kV输电线路应采用的差异化防 雷措施，优化工程设计，节省工程投资。
【主权项】
1. 一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤： 1) 获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息，所述750kV输电线路信息包括 750kV输电线路的基本信息、750kV输电线路的结构特征及750kV输电线路的绝缘特征； 2) 将750kV输电线路的档距划分为若干分段，再根据750kV输电线路的基本信息及 750kV输电线路的结构特征得各分段处导地线的相对几何位置信息； 3) 根据将750kV输电线路的档距划分为若干分段的结果给定750kV输电线路的地理信 息； 4) 将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，再根据步骤2)得到的各 分段处导地线相对几何位置信息以及步骤3)得到的750kV输电线路的地理信息、750kV输电 线路的绝缘特征计算得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，其中， 不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率为各分段线路在不同导线工 作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值； 不同相位导线工作电压下各档距的雷电绕击跳闸率为对应档距内各分段线路雷电绕 击跳闸率的加权平均值； 7 50kV输电线路的雷电绕击跳闸率为7 50kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加 权平均值； 5) 根据步骤4)得到的各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均 值、各档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值以及750kV输电线路中所有档距雷 电绕击跳闸率的加权平均值得各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差，然后根据各档距的雷电 绕击跳闸率相对偏差确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能 评估。2. 根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线 路的基本信息包括输电线路的名称、电压等级、总长度及各档距线路内的分段数。3. 根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线 路的结构特征包括输电线路中杆塔塔型、导地线型号、导地线弧垂、档距长度及绝缘子串结 构串长。4. 根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线 路的绝缘特征包括绝缘子串闪络电压及最短空气间隙闪络电压。5. 根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线 路地理信息包括各杆塔处的海拔高度、沿线各分段处的海拔高度、垂直线路方向上距杆塔 不同距离处的海拔高度及垂直线路方向上距沿线各分段不同距离位置处的海拔高度。6. 根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，步骤2) 中将750kV输电线路的档距划分为10个分段。7. 根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，步骤4) 中导线工作电压相位的变化范围为0°-360°。
【文档编号】G01R31/00GK105929264SQ201610237831
【公开日】2016年9月7日
【申请日】2016年4月15日
【发明人】万磊, 娄颖, 何慧雯, 范冕, 霍锋, 刘琴, 朱岸明, 魏磊, 姜宁, 贾宏刚, 王喆
【申请人】国家电网公司, 国网陕西省电力公司经济技术研究院, 中国电力科学研究院, 国网宁夏电力公司检修公司