专利名称：大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法
技术领域：
本发明涉及一种总雷击跳闸率仿真计算方法，尤其是涉及一种大跨越 线路的总雷击跳闸率仿真计算方法。
背景技术：
大跨越输电线路的杆塔很高，遭受雷击的概率随高度大幅增大，其防 雷问题一直备受关注。大跨越线路的雷击单相闪络概率超过常规线路，甚至发生多相闪络；多次闪络可造成绝缘子串及其金具永久性损害，修复困 难，给系统的安全稳定运行带来危险。为了妥善设计防雷措施，避免大跨 越高杆塔成为输电线路的薄弱环节，需对大跨越线路的雷电性能，即雷击 跳闸率进行仿真计算，提出合理的防雷措施。大跨越线路与常规线路有较多不同之处，如杆塔高很多，塔头尺寸较 大，绝缘子串很长，档距和弧垂很大。电力行业标准推荐的雷电过电压计 算方法较为粗糙，可以用于110 220kV常规线路的雷电性能计算，但不适 合500kV线路防雷计算，更加不适用于大跨越线路防雷计算。如对于反击 耐雷水平，电力行业标准采用计算(式中各参数的含义详见电力行业标准"DL/T 620 — 1997")。这种 计算方法将杆塔的波阻抗当作固定值，将绝缘闪络判据简单的定义为绝缘 子串两端的雷电过电压幅值大于绝缘子串的50%冲击放电电压即为闪络， 与实际情况有较大的差别。同时，对于感应过电压的计算也存在较大的问 题，与实际情况不符。对于绕击计算，雷绕击于导线上形成的电压U二IOOI， 明显偏低，而且没有考虑工作电压的影响，这与实际情况不符。国内外有学者进行过类似的研究，但研究大多针对大跨越防雷中的某 一问题进行，缺乏全面系统的方法，而且方法中也存在许多不合理的地方。 因此，对大跨越线路采用新的仿真计算方法对于指导工程具有实际的意义。发明内容本发明主要是解决现有技术所存在的对于闪络的定义与实际情况有较 大的差别，同时，对于感应过电压的计算也存在不精确性；提供了一种能 够精确计算出闪络的发生，从而能精确计算出总雷击跳闸率的大跨越线路 的总雷击跳闸率仿真计算方法。本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，基于公式N二N反+ N绕，其中N为大跨越线路的总雷击跳闸率，N反为大跨越线路的反击跳闸率，N绕为大跨越线路的绕击跳闸率，即包括大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法以及大跨越线路的绕击跳闸率的仿真计算方法，该大跨越线路的反击跳闸率的计算方法基于EMTP程序，该程序包含杆塔阻抗和波速，雷击塔顶时的导线上的感应电压分量以及空气间隙闪络的判据；杆塔阻抗和波速采用行波桩法获得，雷击塔顶时的导线上的感应电压分量采用计算式获得，闪络判据采用相交法获得，其特征在于，大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法包括以下步骤a. 运用EMTP程序，首先记录输入工作电压相角cl)从0。增大到360° ， 其中增幅为大于O。而小于或者等于30。，发生m次间隙闪洛时4M……*m 所对应的输入电流值h、 12、 13……Im;b. 定义AP表示雷电流在上述相邻两个电流之间出现的概率，A4)表示与cJM……4)m对应的每一雷电流下出现反击的相角所占的百分比A 4m，△ 4)2， A4)3......Ad)12，计算AP丄二P厂P2二10 88 — 10 88......APm二A 丄Pm-Pi二1088 — 10 8s，应用至求和公式N反^gNL5: A cj) X AP中，其中， g为击杆率，艮为线路每100km每年的雷击次数，从而得到大跨越线路的反 击跳闸率N反。在上述的大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，所述的增幅为30 ° ，所述的m次间隙闪洛为12次，即发生12次间隙闪洛时4^……4>12以及其分别所对应的输入电流值h、 12、 13……112如下得到I.设定计算步长At，其中At取值范围为0.03us到0.05us之间，并规定输入工作电压相角4)为0。；H.取输入雷电流I为0 50kA，判断间隙是否闪络，若否，增大雷电流幅值，并再次判断间隙是否闪络，其中增加幅度为AI，其中AI为Q 2kA，III. 若步骤II中间隙闪络，则记录此时的输出电流h值以及工作电压相 角4M值，并将工作电压相角值增加30。，并判断此时cH直是否为360。， 若否，重复步骤b;IV. 若步骤III中cl)值为360° ，由此得到与工作电压相角d)分别为(^ 为30° ，小2为60° ，小3为90° 小12为360°以及与其相对应的Il, 12，工3W直。因此，本发明具有如下优点能够精确计算出闪络的发生，从而能精 确计算出总雷击跳闸率。
图1是本发明的计算方法原理图；图2是雷击线路的电气几何模型示意图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的 说明。实施例.-大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，基于公式N二N反+N绕，其中N为大跨越线路的总雷击跳闸率，N反为 大跨越线路的反击跳闸率，N绕为大跨越线路的绕击跳闸率，即包括大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法以及大跨越线路的绕击跳闸率的仿真计算方法，该大跨越线路的反击跳闸率的计算方法基于EMTP程序，该程序包含杆塔阻抗和波速，雷击塔顶时的导线上的感应电压分量以及空气间隙闪络的判据；杆塔阻抗和波速采用行波桩法获得，雷击塔顶时的导线上的感 应电压分量采用计算式获得，闪络判据采用相交法获得，本实施例中，杆 塔阻抗和波速、雷击塔顶时的导线上的感应电压分量以及闪络判据采用如下方法计算(1) 杆塔波阻抗和波速杆塔用波阻抗和波速及长度来模拟，但不是简单地用一个波阻抗来表 示，而是不同部件采用不同波阻抗。现有技术中有的把它称为行波桩法。 它考虑了雷击地线后雷电波在杆塔上的传播过程和在杆塔不同位置上形成不同电压。(2) 雷击塔顶时的导线上的感应电压分量中国电力行业标准规定感应过电压比由下式计算<formula>formula see original document page 8</formula>式中，hc为导线对地平均高度，hg为避雷线对地平均高度，k。为导线和避 雷线间的耦合系数，a为雷电流陡度。采用上式计算时，感应过电压Ui已经占到绝缘子临界放电电压的70 % 80%。再加上杆塔横担电压，无论杆塔接地电阻多多小，绝缘子串肯 定要闪络。这和实际情况是不相符合的。此计算电压远远大于实际电压。本发明中推荐采用下式计算感应电压l^。式中各参数含义同前。巧=[(1.771+1.754hc —0.01088hc2+1.935xlO — 5hc3)x /0170^ )](l — ko)xl.33-计算导线上的电压同时考虑了工作电压的影响。 (3)空气间隙闪络的判据电力行业标准推荐的方法是依据绝缘两端过电压U》U5Q(绝缘临界放电电压)作为绝缘闪络的判据。国际电工标准IEC有关文件已经明确表示， 不推荐采用此方法。这方法更不能用于大跨越线路的雷击跳闸计算。本发 明采用相交法作为空气间隙闪络判据，认为过电压波形和绝缘放电的伏秒 曲线相交即为绝缘闪络。对于绕击雷电性能，采用电气几何模型EGM计算。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。(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。(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， 本发明考虑了下列4种函数关系式，取其最严重者，并考虑10%误差。(a) rs=7. 110. 75 (Whitehead)(b) rs=8I0. 65 (工EEE工作组)(c) rs=10I0. 65 (美国)(d) rs=6. 7210.8 (日本)(3) 先导接近地面时的入射角W服从某一给定的概率分布函数。本发明中认为其分布概率为3 34(4)雷电对大地和对导线的击距不同，两击距的比值定义为击距系数。 击距系数对避雷线的保护范围有较大影响。国际上对于击距系数选取没有 定论。本发明中认为击距系数可取0.7。如图2为雷击线路的电气几何模型。S为地线，C为导线，a为保护角， P为击距系数，对于不同的雷电流幅值Ii，由上述关系式可算出相应的击 距rsi。当先导头部进入BiCi弧面，放电将击向地线。当先导头部进入CiDi 弧面则击中导线，即发生绕击。所以CiDi弧面称为暴露面。当先导头部进 入DiEi平面，则击中大地。随着雷电流幅值的增大，暴露弧CiDi逐渐縮小。当雷电流增大到Im时 縮小为零。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r，。<formula>formula see original document page 10</formula>2 cos or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U50时<formula>formula see original document page 10</formula>才会闪络。1。为最小危险绕击电流。Zc为导线波阻抗；Em为工作电压幅值。 对应一雷电流I，有一相应的击距rc。在一定的rs下，暴露弧在地面的投影为X ，采用下式计算，式中^为地面倾斜角。<formula>formula see original document page 11</formula>考虑不同雷电流的出现概率， <formula>formula see original document page 11</formula>式中P(I)为雷电流I的概率分布密度，F= M:为危险绕击率，式中W为引雷宽度。在上述基础上，可进行大跨越线路的防雷仿真计算。 大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，基于公式N二N反+N绕，其中N为大跨越线路的总雷击跳闸率，N反为 大跨越线路的反击跳闸率，N绕为大跨越线路的绕击跳闸率，即包括大跨越 线路的反击跳闸率的仿真计算方法以及大跨越线路的绕击跳闸率的仿真计 算方法，该大跨越线路的反击跳闸率的计算方法基于EMTP程序，该程序包 含杆塔阻抗和波速，雷击塔顶时的导线上的感应电压分量以及空气间隙闪 络的判据；杆塔阻抗和波速采用行波桩法获得，雷击塔顶时的导线上的感 应电压分量采用计算式获得，闪络判据采用相交法获得，大跨越线路的反 击跳闸率的仿真计算方法包括以下步骤如图l所示，大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法包括以下步骤a.运用EMTP程序，首先记录输入工作电压相角d)从0。增大到360° ，其中增幅为30° ，发生12次间隙闪洛时4M……巾12所对应的输入电流值II、 12、工3Il2;b.定义AP表示雷电流在上述相邻两个电流之间出现的概率，A4)表 示与h……4M2对应的每一雷电流下出现反击的相角所占的百分比A 4)" △ cj)2， A4)3……A4)12，计算AP工二P厂P2:10 88 — 10 88......AP12=—APi2-Pi=108S — 10 s8,应用至求和公式N反二gNLi: A 4) X AP中，其中， g为击杆率，NL为线路每100km每年的雷击次数，从而得到大跨越线路的反 击跳闸率N反。发生12次间隙闪洛时……4>12以及其分别所对应的输入电流值L、I2、 I3 112如下得到I.设定计算步长At，其中At取值范围为0.03us到0.05us之间，并 规定输入工作电压相角4)为0。；n.取输入雷电流I为0 50kA，判断间隙是否闪络，若否，增大雷电 流幅值，并再次判断间隙是否闪络，其中增加幅度为AI，其中AI为0 2kA，m.若步骤n中间隙闪络，则记录此时的输出电流h值以及工作电压相角h值，并将工作电压相角值增加30。，并判断此时cH直是否为360。，若否，重复步骤b;IV.若步骤III中cH直为360° ，由此得到与工作电压相角巾分别为4M 为30° ，小2为60° ，小3为90° 4>12为360°以及与其相对应的II， 12，工3112值。本实施例中，对于绕击跳闸率的计算方法仍然基于现有技术的电器几何模型即EMG模型，但不同于现有技术的是，计算绕击跳闸率本实施例是 将大跨越线路分为10 100段，分别计算每一段的导、地线的空间几何位 置，然后对大跨越线路各段的绕击跳闸率进行加权平均计算，最后得到大跨越线路总的绕击跳闸率，其步骤如下a. 将大跨越线路分为10 100段，计算每一段的导、地线的空间几何 位置；b. 根据每一段的空间几何位置，采用电气几何模型计算出现的最大绕 击电流和绝缘的临界闪络电流；C.采用绕击率计算公式计算每一段的绕击跳闸率；d.对大跨越线路各段的绕击跳闸率进行加权平均计算，得到大跨越线路总的绕击跳闸率。通过上述的步骤，分别计算出绕击跳闸率和反击跳闸率，即通过公式N 二N反+N绕，其中N为大跨越线路的总雷击跳闸率，N反为大跨越线路的反 击跳闸率，N绕为大跨越线路的绕击跳闸率，得到大跨越线路的总雷击跳 闸率。本实施例同样也适用于侧高压的总雷击跳闸率的计算。 本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明 所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或 补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权 利要求书所定义的范围。
权利要求
1.一种大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，基于公式N＝N反+N绕，其中N为大跨越线路的总雷击跳闸率，N反为大跨越线路的反击跳闸率，N绕为大跨越线路的绕击跳闸率，即包括大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法以及大跨越线路的绕击跳闸率的仿真计算方法，该大跨越线路的反击跳闸率的计算方法基于EMTP程序，该程序包含杆塔阻抗和波速，雷击塔顶时的导线上的感应电压分量以及空气间隙闪络的判据；杆塔阻抗和波速采用行波桩法获得，雷击塔顶时的导线上的感应电压分量采用计算式获得，闪络判据采用相交法获得，其特征在于，大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法包括以下步骤a.运用EMTP程序，首先记录输入工作电压相角φ从0°增大到360°，其中增幅为大于0°而小于或者等于30°，发生m次间隙闪洛时φ1……φm所对应的输入电流值I1、I2、I3……Im；b.定义ΔP表示雷电流在上述相邻两个电流之间出现的概率，Δφ表示与φ1……φm对应的每一雷电流下出现反击的相角所占的百分比Δφ1，Δφ2，Δφ3……Δφm，计算<math-cwu><![CDATA[<math> <mrow><msub> <mi>ΔP</mi> <mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub> <mi>P</mi> <mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub> <mi>P</mi> <mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msup> <mn>10</mn> <mrow><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>I</mi><mn>1</mn> </msub> <mn>88</mn></mfrac> </mrow></msup><mo>-</mo><msup> <mn>10</mn> <mrow><mo>-</mo><mfrac> <msub><mi>I</mi><mn>2</mn> </msub> <mn>88</mn></mfrac> </mrow></msup><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mo>.</mo><mi>Δ</mi><msub> <mi>P</mi> <mi>m</mi></msub><mo>=</mo> </mrow></math>]]></math-cwu><!--img id="icf0001" file="S2008100466561C00011.gif" wi="281" he="41" img-content="drawing" img-format="tif"/-->
2.根据权利要求1所述的大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，其特征在于，所述的增幅为30° ，所述的m次间隙闪洛为12次，即发生 12次间隙闪洛时小i……4>12以及其分别所对应的输入电流值Ib 12、 13…… 112如下得到:I.设定计算步长At，其中At取值范围为0.03us到0.05us之间，并 规定输入工作电压相角4)为0。；n.取输入雷电流I为0 50kA，判断间隙是否闪络，若否，增大雷电 流幅值，并再次判断间隙是否闪络，其中增加幅度为AI，其中AI为0 2kA,in.若步骤n中间隙闪络，则记录此时的输出电流h值以及工作电压相角4M值，并将工作电压相角值增加30。，并判断此时cH直是否为360。， 若否，重复步骤b;IV.若步骤III中cH直为360° ，由此得到与工作电压相角4)分别为clM 为30° ，小2为60° ， 4)3为90° 4>12为360°以及与其相对应的II， 12，工3112值。
全文摘要
本发明涉及一种总雷击跳闸率仿真计算方法，尤其是涉及一种大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法。大跨越线路的总雷击跳闸率仿真计算方法，基于公式N＝N反+N绕，其中N为大跨越线路的总雷击跳闸率，N反为大跨越线路的反击跳闸率，N绕为大跨越线路的绕击跳闸率，即包括大跨越线路的反击跳闸率的仿真计算方法以及大跨越线路的绕击跳闸率的仿真计算方法，该大跨越线路的反击跳闸率的计算方法基于EMTP程序，考虑了各种因素(杆塔波阻抗和波速、感应电压分量、空气间隙闪络判据、工作电压相位、导地线弧垂等)的影响，提供了一种完整的仿真方法。
文档编号G06F17/50GK101216864SQ20081004665
公开日2008年7月9日 申请日期2008年1月9日 优先权日2008年1月9日
发明者修木洪, 周沛洪, 颖 娄, 敏 戴, 李志军, 李振强, 谷定燮 申请人:国网武汉高压研究院