一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及输电线路防雷领域，特别设及一种基于枚举式的电感型限流避雷针优 化设计方法。
【背景技术】
[0002] 雷击跳闽是我国输电线路跳闽故障的主要原因之一。随着人们对输电线路雷电机 理及其防护方法研究的深入，输电线路防雷技术取得了丰富的研究成果，在一定程度上降 低了输电线路的雷害事故。但是，随着电力设备和保护装置等技术的完善，雷击输电线路导 致的线路跳闽仍然是我国输电线路故障的主要原因，提高输电线路性能对系统的安全稳定 运行有着十分重要的意义。
[0003] 近年来，W降低雷电流睹度和幅值进而降低雷害事故的电感型限流避雷针受到了 关注。目前其研究工作主要从"电路"角度建模和分析其限流效果和防雷机理。实际上， "电路"模型是"电磁场场"问题的近似，特别是施加快速变化雷电流的电感线圈，必须对其 "电磁场"问题充分研究才能得到准确的"电路"模型。现有"电路"模型在解释电感型限流 避雷针防雷原理时存在不足。因此不能证明电感型电流避雷针的基本防雷原理及其防雷效 果，更加没有优化设计方法的提出。
【发明内容】
[0004] 为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于枚举式的电感型限流避雷针 优化设计方法。
[0005] 本发明采用如下技术方案：
[0006] 一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法，包括如下步骤：
[0007] S1设计一电感型限流避雷针，其具体结构为：采用一根铜导线绕在磁导率为yr 的圆柱体上，所述圆柱体的材料为A，圆柱体半径为R，长度为H，铜导线半径为r，缠绕N应， 应间距离为山所述铜导线缠绕后外层诱筑相对介电常数为er的材料B，导线经刚性良导 体引出作为避雷针；
[000引 S2采用有限元分析方法建立S1中电感型限流避雷针的静电场模型，并提取其高 频下电磁暂态参数，包括各应间分布电容Cd和各应对地分布电容Ce;
[0009] S3根据电感手册中线圈电感计算方法，得到限流避雷针中线圈的电感值，并初步 估算线圈电感值的范围；
[0010] S4建立关于应间电容、每应对地电容和限流避雷针每应电感的电感型限流避雷针 的局频电路板型；
[0011] S5采用电磁暂态仿真分析软件在S4建立的高频电路模型建立电感型限流避雷针 的电磁暂态仿真模型，输入雷电流通过避雷针观察分析雷电流的变化；
[0012] S6采用电磁暂态仿真分析软件在S5基础上，建立输电线路、雷电流、杆塔及绝缘 子的模拟雷电击中杆塔顶部的仿真分析模型，分别仿真分析避雷针模型装设在杆塔顶部及 未装设电感型限流避雷针时线路的反击耐雷水平；
[0013] S7如果反击耐雷水平不符合用户要求，通过改变应间电容、每应电感及每应对地 电容，进而改变高频电路模型，然后重复S5及S6验证防雷效果，直到符合要求。
[0014] 所述S3中线圈电感计算方法采用如下公式：
[0015]
【主权项】
1. 一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法，其特征在于，包括如下步骤： Sl设计一电感型限流避雷针，其具体结构为：采用一根铜导线绕在磁导率为的圆 柱体上，所述圆柱体的材料为A，圆柱体半径为R，长度为H，铜导线半径为r，缠绕N匝，匝间 距离为d，所述铜导线缠绕后外层浇筑相对介电常数为ε r的材料B，导线经刚性良导体引 出作为避雷针； S2采用有限元分析方法建立Sl中电感型限流避雷针的静电场模型，并提取其高频下 电磁暂态参数，包括各西间分布电容Cd和各西对地分布电容Ce ; S3根据电感手册中线圈电感计算方法，得到限流避雷针中线圈的电感值，并初步估算 线圈电感值的范围； S4建立关于匝间电容、每匝对地电容和限流避雷针每匝电感的电感型限流避雷针的高 频电路模型； S5采用电磁暂态仿真分析软件在S4建立的高频电路模型建立电感型限流避雷针的电 磁暂态仿真模型，输入雷电流通过避雷针观察分析雷电流的变化； S6采用电磁暂态仿真分析软件在S5基础上，建立输电线路、雷电流、杆塔及绝缘子的 模拟雷电击中杆塔顶部的仿真分析模型，分别仿真分析避雷针模型装设在杆塔顶部及未装 设电感型限流避雷针时线路的反击耐雷水平； S7如果反击耐雷水平不符合用户要求，通过改变匝间电容、每匝电感及每匝对地电容， 进而改变高频电路模型，然后重复S5及S6验证防雷效果，直到符合要求。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S3中线圈电感计算方法采用如下公 式：
其中为Utl真空磁导率，μ ^3介质相对磁导率，N为线圈匝数，D为线圈直径，所述D = 2R，H为线圈长度，1(。表示系数，所述a =H/D。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述S5具体为：在电感型限流避雷针一 端输入一标准雷电流波形时，另一端输出雷电流波形的变化，关注雷电流峰值和雷电流陡 度的变化，以雷电流陡度和幅值降低幅度共同评价电感型限流避雷针的效果。
【专利摘要】本发明公开了一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法，通过电感型限流避雷针的初步设计，建立该避雷针的经常长模型，根据电感手册中线圈电感的计算方法，得到电感值，基于匝间电容、每匝对地电容和限流避雷针每匝电感的电感型限流避雷针的高频等效电路模型，采用电磁暂态仿真分析软件，建立电感型限流避雷针的电磁暂态仿真计算程序，分析引入输电线路后对雷电流幅值及线路反击耐雷水平的影响，若对反击耐雷水平的提高效果不明显，则以枚举式方式，通过改变电感型限流避雷针的结构尺寸、材料等，单一改变电感、匝间电容或对地电容达到要求。
【IPC分类】G06F17-50
【公开号】CN104866644
【申请号】CN201510160407
【发明人】韩永霞, 李立浧, 戴栋, 张 杰, 唐力, 阮耀萱
【申请人】华南理工大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月3日