一种用于输电线路防雷的方法及系统与流程

本发明涉及高电压技术领域，更具体地，涉及一种用于输电线路防雷的方法及系统。

背景技术：

雷击引起的输电线路跳闸，严重影响了电网的安全稳定运行。准确评价输电线路的耐雷性能，分析其影响因素，采取有效防雷措施，降低输电线路雷击跳闸率，是提高供电可靠性的重要方法和途径。目前现有的防雷措施种类很多，要针对性的采取防雷措施，提高其技术经济性，则需要充分考虑输电线路雷击耐受水平各因素的影响。线路走廊附近的雷电活动分布、线路及杆塔结构特征、线路走廊所处地形地貌都是线路耐雷性能的重要影响因素。准确分析各影响因素对线路耐雷性能的影响，明确各影响因素对线路雷击跳闸率的影响程度，对于确定并采取针对性的防雷措施、指导电网生产运行有着重要的指导意义。

现有技术的线路雷击性能影响因素分析研究中，大多只是单纯的通过计算某一个影响因素变化时雷击跳闸率的变化，来反映线路雷击跳闸率对这个影响因素的敏感性。这种分析一般只是单纯针对某一种影响因素来分别进行分析，得到的结论也是雷击跳闸率随单个影响因素的变化规律。输电线路雷击性能的影响因素繁多复杂，各种影响因素在线路雷击跳闸率中所占的权重也不尽相同，针对线路中的每一基杆塔而言，其影响程度也不同。

因此，需要一种技术，以实现对输电线路进行针对性的、有效的防雷保护。

技术实现要素：

本发明技术方案提供一种用于输电线路防雷的方法及系统，以解决如何对输电线路进行防雷的问题。

为了解决上述问题，本发明提供了一种用于输电线路防雷的方法，所述方法包括：

确定输电线路雷击跳闸率的影响因素以及各影响因素的影响水平；

基于所述影响因素及各影响因素的影响水平，根据正交试验法，建立包括多个试验方案的正交试验表；

基于输电线路的防雷计算模型对所述正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率进行计算，获取所述正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率计算结果；

基于正交试验的方差分析法，对所述雷击跳闸率计算结果进行分析，确定所述影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度；

基于各影响因素的雷击跳闸率的影响程度，确定输电线路防雷措施。

优选地，所述影响因素包括：杆塔所在地面倾角、避雷线保护角以及杆塔接地电阻。

优选地，所述确定各影响因素的影响水平包括：

所述杆塔所在地面倾角的影响水平包括：0°、10°、20°；

所述避雷线保护角的影响水平包括：5°、10°、15°；

所述杆塔接地电阻的影响水平包括：5欧姆、10欧姆、15欧姆。

优选地，所述基于正交试验的方差分析法，对所述雷击跳闸率计算结果进行分析，确定所述影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度，包括：

基于正交试验的方差分析法，计算各影响因素的离差平方和ss、自由度df、均方ms及临界值f；

根据各影响因素的临界值f，确定各影响因素对雷击跳闸率的影响程度。

优选地，还包括：基于输电线路雷击跳闸的引发原理，以及雷电过电压在输电线路上的传播过程，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素。

基于本发明的另一方面，本发明提供一种用于输电线路防雷的系统，所述系统包括：

初始单元，用于确定输电线路雷击跳闸率的影响因素以及各影响因素的影响水平；

建立单元，用于基于所述影响因素及各影响因素的影响水平，根据正交试验法，建立包括多个试验方案的正交试验表；

计算单元，用于基于输电线路的防雷计算模型对所述正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率进行计算，获取所述正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率计算结果；

分析单元，用于基于正交试验的方差分析法，对所述雷击跳闸率计算结果进行分析，确定所述影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度；

结果单元，用于基于各影响因素的雷击跳闸率的影响程度，确定输电线路防雷措施。

优选地，所述影响因素包括：杆塔所在地面倾角、避雷线保护角以及杆塔接地电阻。

优选地，所述确定各影响因素的影响水平包括：

所述杆塔所在地面倾角的影响水平包括：0°、10°、20°；

所述避雷线保护角的影响水平包括：5°、10°、15°；

所述杆塔接地电阻的影响水平包括：5欧姆、10欧姆、15欧姆。

优选地，所述分析单元用于基于正交试验的方差分析法，对所述雷击跳闸率计算结果进行分析，确定所述影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度，包括：

基于正交试验的方差分析法，计算各影响因素的离差平方和ss、自由度df、均方ms及临界值f；

根据各影响因素的临界值f，确定各影响因素对雷击跳闸率的影响程度。

优选地，所述初始单元还用于：基于输电线路雷击跳闸的引发原理，以及雷电过电压在输电线路上的传播过程，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素。

本发明技术方案提供一种用于输电线路防雷的方法及系统，其中方法包括：确定输电线路雷击跳闸率的影响因素以及各影响因素的影响水平；基于影响因素及各影响因素的影响水平，根据正交试验法，建立包括多个试验方案的正交试验表；基于输电线路的防雷计算模型对正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率进行计算，获取正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率计算结果；基于正交试验的方差分析法，对雷击跳闸率计算结果进行分析，确定影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度；基于各影响因素的雷击跳闸率的影响程度，确定输电线路防雷措施。本发明基于正交试验设计的思想，根据输电线路遭受雷击，引起线路跳闸的原理，以及雷电过电压在线路上的传播过程，结合电网设计及运行要求，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素及水平，设计了正交试验表，安排正交试验方案，并根据方差分析法，得到了各影响因素对直流线路操作过电压最大值的影响程度，对影响因素的重要程度给出精确的定量估计，并据此确定线路防雷设计或改造需采取的措施。

附图说明

通过参考下面的附图，可以更为完整地理解本发明的示例性实施方式：

图1为根据本发明优选实施方式的一种用于输电线路防雷的方法流程图；以及

图2为根据本发明优选实施方式的一种用于输电线路防雷的系统结构图。

具体实施方式

现在参考附图介绍本发明的示例性实施方式，然而，本发明可以用许多不同的形式来实施，并且不局限于此处描述的实施例，提供这些实施例是为了详尽地且完全地公开本发明，并且向所属技术领域的技术人员充分传达本发明的范围。对于表示在附图中的示例性实施方式中的术语并不是对本发明的限定。在附图中，相同的单元/元件使用相同的附图标记。

除非另有说明，此处使用的术语(包括科技术语)对所属技术领域的技术人员具有通常的理解含义。另外，可以理解的是，以通常使用的词典限定的术语，应当被理解为与其相关领域的语境具有一致的含义，而不应该被理解为理想化的或过于正式的意义。

图1为根据本发明优选实施方式的一种用于输电线路防雷的方法流程图。为了实现输电线路差异化防雷，针对性的采取防雷措施，则需要对各影响因素对雷击跳闸率的影响进行综合量化评估，可以对各影响因素安排正交试验，并对试验数据进行方差分析，明确各因素对其影响的重要程度(即显著性)，从而对防雷措施选取的优先等级和顺序提供参考和指导。本发明实施方式基于输电线路的雷击跳闸理论，确定输电线路的雷击跳闸率的影响因素，选择各影响因素的水平范围，采用正交试验法利用正交表安排仿真计算，并对仿真计算数据进行方差分析来得到各影响因素的重要程度，从而确定各防雷措施的优先等级和顺序。

本发明针对目前输电线路雷击跳闸率影响因素繁多复杂，而各因素之间对雷击跳闸率的相对重要程度尚不明确，线路防雷措施众多，技术经济性不高，针对性不强的不足，提出了一种基于正交试验输电线路雷击跳闸率影响因素分析的防雷措施确定方法。本发明基于输电线路的雷击耐受水平确定其影响因素及水平范围，设计正交试验表进行仿真计算，在对正交试验表中的数据进行方差分析处理，从而确定其各影响因素的重要程度，进而确定各防雷措施的优先等级和顺序，为线路的防雷设计与运行提供指导和参考。

如图1所示，本发明提供了一种用于输电线路防雷的方法，方法包括：

步骤101：确定输电线路雷击跳闸率的影响因素以及各影响因素的影响水平。优选地，基于输电线路雷击跳闸的引发原理，以及雷电过电压在输电线路上的传播过程，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素。优选地，影响因素包括：杆塔所在地面倾角、避雷线保护角以及杆塔接地电阻。优选地，确定各影响因素的影响水平包括：

杆塔所在地面倾角的影响水平包括：0°、10°、20°；

避雷线保护角的影响水平包括：5°、10°、15°；

杆塔接地电阻的影响水平包括：5欧姆、10欧姆、15欧姆。

本发明采用计算机收集整理输电线路雷击跳闸率的计算参数。计算线路雷击跳闸率需要由工程设计及运行单位提供相关的工程参数，并采用计算机进行整理。包括线路及杆塔参数、雷电参数、地形地貌参数等。

本发明利用输电线路防雷计算程序，通过计算机输入线路雷击跳闸率计算的参数。根据工程设计与运行单位提供的资料，在输电线路防雷计算程序中，通过计算机输入雷击跳闸率计算所需的线路及杆塔参数、雷电参数、地形地貌参数等。

本发明确定线路雷击跳闸率影响因素及各影响因素的水平范围。输电线路在遭受雷击，发生线路雷击跳闸故障，其主要受线路保护角、杆塔接地电阻、地面倾角等因素的影响，并根据运行单位提供的资料确定这三个影响因素的水平。

步骤102：基于影响因素及各影响因素的影响水平，根据正交试验法，建立包括多个试验方案的正交试验表。

步骤103：基于输电线路的防雷计算模型对正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率进行计算，获取正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率计算结果。

步骤104：基于正交试验的方差分析法，对雷击跳闸率计算结果进行分析，确定影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度。

步骤105：基于各影响因素的雷击跳闸率的影响程度，确定输电线路防雷措施。

优选地，基于正交试验的方差分析法，对雷击跳闸率计算结果进行分析，确定影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度，包括：

基于正交试验的方差分析法，计算各影响因素的离差平方和ss、自由度df、均方ms及临界值f；

根据各影响因素的临界值f，确定各影响因素对雷击跳闸率的影响程度。

本发明根据确定的影响因素及影响水平，根据正交试验法，设计正交试验表，并采用输电线路防雷计算程序分别计算每种计算方案下输电线路的雷击跳闸率。本发明按照正交试验的方差分析法，对计算结果进行分析，确定各影响因素对线路雷击跳闸率的影响程度。本发明根据各影响因素对线路雷击跳闸率影响程度，确定其对应的防雷措施。影响程度较强的因素，在防雷设计和改造中应优先予以考虑。

本发明根据输电线路遭受雷击时，线路上产生雷电过电压并引起线路跳闸的过程和机理，确定了输电线路雷击跳闸率的影响因素，包括：避雷线保护角、杆塔接地电阻、地面倾角。

本发明根据线路的实际运行情况需要确定了避雷线保护角、杆塔接地电阻、地面倾角这三个影响因素的水平范围。

本发明基于正交试验法，根据确定的各影响因素及水平设计了正交表，利用输电线路防雷计算程序，计算每种不同计算方案下输电线路的雷击跳闸率。

本发明依据正交试验的方差分析法，通过数据分析与处理，确定了各影响因素对输电线路雷击跳闸率的影响程度以及相对强弱。

本发明依据正交试验方差分析的结果，确定线路防雷设计或改造的方案。

本发明借助正交试验设计的思想，根据输电线路遭受雷击，引起线路跳闸的原理，以及雷电过电压在线路上的传播过程，结合电网设计及运行要求，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素及水平，设计了正交试验表，安排正交试验方案，并根据方差分析法，得到了各因素对直流线路操作过电压最大值的影响程度，对因素影响的重要程度(显著性)给出精确的定量估计，并据此确定线路防雷设计或改造需采取的措施。

本发明充分考虑了输电线路雷击跳闸率的影响因素，基于正交试验设计的思想，依据各影响因素水平设计正交表，并进行方差分析，确定各影响因素的重要程度，该方法过程简单，准确性高，反映了各影响因素对雷击跳闸率影响的相对强弱，并确定线路防雷设计或改造需采取的措施，从而在技术上降低线路雷击跳闸率，采取针对性的防雷措施提供了重要的参考依据，有力地指导输电线路防雷设计、运行及改造。

以下为本发明对基于正交试验输电线路雷击跳闸率影响因素分析确定防雷措施方法的举例说明：

首先，对设计单位提供的一条500kv输电线路工程设计及运行资料，采用计算机收集整理该线路的雷电活动参数、线路结构特征参数、地形地貌参数等。雷电活动参数主要指地闪密度以及线路走廊的雷电活动分布；线路结构参数包括线路杆塔的几何尺寸、绝缘配置、档距长度、接地电阻等；地形地貌参数包括有平地、爬坡、山顶、山谷、跨山谷等地貌，以及杆塔所在位置的地面倾角。

第二步，根据工程设计与运行单位提供的资料，在输电线路防雷计算程序中，通过计算机输入线路雷击跳闸率计算所需的雷电活动参数、线路结构特征参数以及地形地貌参数等。

第三步，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素及各影响因素的水平范围。由于已建线路因雷击发生跳闸，线路的结构尺寸、杆塔接地状况、所处的地形都会影响线路的耐雷击性能，因此确定雷击跳闸率的影响因素为地面倾角、避雷线保护角、杆塔接地电阻这三个因素，同时依据线路的实际生产运行，将三个影响因素的水平设置如下：

杆塔所在地面倾角：0°、10°、20°；

避雷线保护角：5°、10°、15°；

避雷线保护角：5欧姆、10欧姆、15欧姆。

依据上述内容，因素水平表见表1

表1因素水平表

第四步，按照第三步中确定的影响因素及水平，根据正交试验法，设计正交试验表。本例中选择l9(3⁴)正交表，见表2，l9(3⁴)正交表除表头外共有4列，9行，其中行表头排地面倾角、避雷线保护角、杆塔接地电阻3个因素，列表头排试验号1～9；将3个因素占有的各列中对应的水平数“1”、“2”、“3”填入表格中各试验号对应位置中。

接下来，采用输电线路防雷计算程序分别计算9种试验方案下线路的雷击跳闸率，见表2所示。

表2正交设计表

本实施例中三个三水平的影响因素，做全面试验需要3×3×3＝27次试验，现在用正交表l9(3⁴)来设计试验方案，只要做9次，工作量减少了2/3，而在一定意义上代表了27次试验。

第五步，按照正交试验的方差分析法，对计算结果进行分析。

表3正交试验分析

计算各因素同一水平试验指标之和t：

a因素的第1水平：t1＝y1+y2+y3＝0.8792；

a因素的第2水平：t2＝y4+y5+y6＝0.8551；

a因素的第3水平：t3＝y7+y8+y9＝1.1922；

b因素的第1水平：t1＝y1+y4+y7＝0.9046；

b因素的第2水平：t2＝y2+y5+y8＝0.9829；

b因素的第3水平：t3＝y3+y6+y9＝1.039；

c因素的第1水平：t1＝y1+y6+y8＝0.7993；

c因素的第2水平：t2＝y2+y4+y9＝0.987；

c因素的第3水平：t3＝y3+y5+y7＝1.1402；

再计算各因素同一水平试验指标的平均数t：

a因素的第1水平：t1＝0.8792/3＝0.2931；

a因素的第2水平：t2＝0.8551/3＝0.2850；

a因素的第3水平：t3＝1.1922/3＝0.3974；

同理可求得b、c因素各水平试验指标的平均数，具体见表3。

所有试验指标的因素之和：

t＝y1+y2+y3+y4+y5+y6+y7+y8+y9＝2.9265；

矫正数c＝t²/9＝0.9516；

总平方和sst＝y1²+y2²+y3²+……+y7²+y8²+y9²-c

＝0.99827-0.9516＝0.04667；

a因素平方和:ssa＝(0.8792²+0.8551²+1.1922²)/3-c＝0.023576；

b因素平方和:ssb＝(0.9046²+0.9829²+1.039²)/3-c＝0.003038；

c因素平方和:ssc＝(0.7993²+0.987²+1.1402²)/3-c＝0.01944；

误差平方和:sse＝sst-ssa-ssb-ssc＝0.000616

总自由度：dft＝9-1＝8；a因素自由度dfa、b因素自由度dfb、c因素自由度dfc均为3-1＝2；误差自由度：dfe＝dft-dfa-dfb-dfc＝8-2-2-2＝2。

由此得到此组正交试验设计的方差分析表，见表4.

表4方差分析结果

比较a、b、c三个因素的f值大小，可知fa大于fc大于fb。

第六步，根据正交试验方差分析结果，确定线路防雷设计与改造方案。

根据第五步正交试验方差分析的结果可以看出，因素a地面倾角对雷击跳闸率的影响最大，其次是因素c杆塔接地电阻，因素b避雷线保护角的影响相对最小。因此在本线路的防雷设计与运行中，杆塔及线路所处地面倾角应是重要影响因素，若是新建线路，则需尽量避开地形地貌比较复杂的地区，选择地势较为平坦的区域，若为已建线路，则地势较为复杂、地面倾角较大的杆塔及线路则是防雷改造的重点，可采取安装线路避雷器等防雷措施；其次需要考虑杆塔接地电阻的影响，应尽量降低杆塔的接地电阻，将接地电阻值控制在允许范围以内；最后再考虑避雷线保护角的影响，设计中可根据线路工程需要适当减小避雷线保护角大小，若为已建线路，通过改造线路结构尺寸来改变保护角大小若在工程上难以实现，可不予考虑。

图2为根据本发明优选实施方式的一种用于输电线路防雷的系统结构图。如图2所示，本发明提供一种用于输电线路防雷的系统，系统包括：

初始单元201，用于确定输电线路雷击跳闸率的影响因素以及各影响因素的影响水平。优选地，初始单元201还用于：基于输电线路雷击跳闸的引发原理，以及雷电过电压在输电线路上的传播过程，确定输电线路雷击跳闸率的影响因素。

优选地，影响因素包括：杆塔所在地面倾角、避雷线保护角以及杆塔接地电阻。

优选地，确定各影响因素的影响水平包括：

杆塔所在地面倾角的影响水平包括：0°、10°、20°；

避雷线保护角的影响水平包括：5°、10°、15°；

杆塔接地电阻的影响水平包括：5欧姆、10欧姆、15欧姆。

本发明采用计算机收集整理输电线路雷击跳闸率的计算参数。计算线路雷击跳闸率需要由工程设计及运行单位提供相关的工程参数，并采用计算机进行整理。包括线路及杆塔参数、雷电参数、地形地貌参数等。

本发明利用输电线路防雷计算程序，通过计算机输入线路雷击跳闸率计算的参数。根据工程设计与运行单位提供的资料，在输电线路防雷计算程序中，通过计算机输入雷击跳闸率计算所需的线路及杆塔参数、雷电参数、地形地貌参数等。

本发明确定线路雷击跳闸率影响因素及各影响因素的水平范围。输电线路在遭受雷击，发生线路雷击跳闸故障，其主要受线路保护角、杆塔接地电阻、地面倾角等因素的影响，并根据运行单位提供的资料确定这三个影响因素的水平。

建立单元202，用于基于影响因素及各影响因素的影响水平，根据正交试验法，建立包括多个试验方案的正交试验表。

计算单元203，用于基于输电线路的防雷计算模型对正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率进行计算，获取正交试验表的多个试验方案的雷击跳闸率计算结果。

分析单元204，用于基于正交试验的方差分析法，对雷击跳闸率计算结果进行分析，确定影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度。优选地，分析单元204用于基于正交试验的方差分析法，对雷击跳闸率计算结果进行分析，确定影响因素中各影响因素对雷击跳闸率的影响程度，包括：

基于正交试验的方差分析法，计算各影响因素的离差平方和ss、自由度df、均方ms及临界值f；

根据各影响因素的临界值f，确定各影响因素对雷击跳闸率的影响程度。

结果单元205，用于基于各影响因素的雷击跳闸率的影响程度，确定输电线路防雷措施。

本发明根据确定的影响因素及影响水平，根据正交试验法，设计正交试验表，并采用输电线路防雷计算程序分别计算每种计算方案下输电线路的雷击跳闸率。本发明按照正交试验的方差分析法，对计算结果进行分析，确定各影响因素对线路雷击跳闸率的影响程度。本发明根据各影响因素对线路雷击跳闸率影响程度，确定其对应的防雷措施。影响程度较强的因素，在防雷设计和改造中应优先予以考虑。

已经通过参考少量实施方式描述了本发明。然而，本领域技术人员所公知的，正如附带的专利权利要求所限定的，除了本发明以上公开的其他的实施例等同地落在本发明的范围内。

通常地，在权利要求中使用的所有术语都根据他们在技术领域的通常含义被解释，除非在其中被另外明确地定义。所有的参考“一个/所述/该[装置、组件等]”都被开放地解释为所述装置、组件等中的至少一个实例，除非另外明确地说明。这里公开的任何方法的步骤都没必要以公开的准确的顺序运行，除非明确地说明。