一种特高压大跨越线路反击跳闸率计算方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及环境监控领域，尤其设及一种特高压大跨越线路反击跳闽率计算方 法。
【背景技术】
[0002] 特高压大跨越杆塔的高度高、档距长，杆塔及地线引发上行先导导致雷击的概率 很高，且发生雷击事故后不易维修，因此其耐雷性能一直是输电线路防雷保护的关键问题 之一。大跨越线路雷击跳闽的主要原因之一是反击。运是因为大跨越杆塔比一般杆塔更易 遭受雷击；同时杆塔波阻抗大且杆塔较高增加了绝缘闪络概率。而现有的计算输电线路反 击跳闽率的方法一般都是针对高压及其W下线路提出的，其并未考虑特高压大跨越线路的 特殊性，需要提出一种系统的反击跳闽率分析方法，准确反映特高压大跨越线路雷击故障 的风险，提供更符合防雷要求的设计标准。
[0003] 随着闪电定位系统的推广，地闪的发生时间、地点、强度、睹度等一系列参数能够 被准确记录，可W结合地理信息系统（GK)考虑大跨越段线路地形地貌特征、雷电活动差 异性、环境特征差异性、线路结构差异性。同时电力系统电磁暂态分析（AT巧等电磁暂态仿 真软件的广泛应用，可W建立符合特高压大跨越线路特征的雷击放电通道、绝缘子闪络、接 地电阻等模型。
[0004] W下通过研究相关最新发明和实用新型专利，进一步说明本发明的技术背景。专 利-一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法（201310714012)通过将大跨越杆 塔之间的导线分为多个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型，并对每个杆塔建立 多波阻抗模型，然后根据雷电活动情况选定雷电参数，整合所有模型并计算出耐雷水平， 然后根据耐雷水平W及一系列公式计算得出特高压输电线路的反击跳闽率水平。但是此 方法线路采用Bergeron模型，没有考虑线路参数的频变特征，同时没有考虑雷击杆塔线 路上产生的感应过电压。专利-一种特高压输电线路大跨越段雷电反击性能的确定方法 (201410050630)对大跨越杆塔及档中导线进行分段分布参数模型建模，提高了雷电反击性 能的仿真计算精度。但是该方法没有考虑线路走廊范围内的雷电参数，线路建模没有考虑 冲击电晕与接地电阻的影响，计算结果做不到精确。
【发明内容】
阳0化]本发明目的在于克服W上现有技术之不足，提供特高压大跨越线路反击跳闽率计 算方法，具体由W下技术方案实现：
[0006] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法，包括如下步骤：
[0007] (1)基于化idler函数与长均匀传输线模拟，建立雷电流和雷电通道仿真模型， Heidler函数表达示，如式（1)所示，
[000引
（1)
[0009]式中，I。为峰值电流，T1和T2分别为波头时间常数和波尾时间常数，n为电流睹 度因子；
[0010] (2)建立特高压大跨越线路及杆塔模型，确定线路反击耐雷水平； W11] 做根据闪电定位系统，拟合出线路走廊范围内雷电流幅值分布概率，确定不同工 频电压相位下的闪络概率；
[0012] (4)根据闪电定位系统及GIS系统确定大跨越线路走廊的落雷密度，转化为线路 落雷次数；
[0013] (5)确定雷击杆塔塔顶的概率；
[0014] (6)确定浪涌冲击闪络转为稳定工频电弧的概率；
[0015] (7)确定特高压大跨越线路的反击跳闽率。
[0016] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤（1)中 的雷电通道波阻抗根据GB50064-2014的波阻抗随雷电流幅值变化的规律确定。
[0017] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤（2)中 的输电线路及杆塔模型包括输电线路的导线、避雷线模型、线路冲击电晕模型、杆塔模型、 绝缘子串闪络模型、接地电阻模型和雷击塔顶感应过电压模型；所述导线、避雷线模型选用 Jmarti模型，用于反映频率与线路参数的关系W及分布的损耗特性；避雷线模型采用双回 避雷线，输电导线末端选用10km的长线模拟，用于消除雷电流在输电线路末端的折反射； 所述杆塔模型采用多波阻抗模型，根据杆塔的主材和横担长度的无损线路进行建模；所述 绝缘子串闪络模型采用先导发展模型。
[0018] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤（3)中 的雷电流累积概率分布公式，根据IEEE给出的雷电流累积概率分布公式，如式（3)所示，
(3；
[0019]
[0020] 结合闪电定位系统的雷电数据，可W拟合得出a和P，P(I)是线路走廊范围内雷 电流幅值累积概率分布。
[0021] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，安装雷电在线监 测终端，在线监测终端根据雷电流行波记录下雷击发生时刻t，在时钟同步的情况下再在雷 电定位系统中查询t时刻线路的雷击情况，最后利用指定时间段内查询到的雷电流幅值拟 合得出a和P参数值。
[0022] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤（3)中 不同工频电压相位下的闪络概率的计算包括如下步骤：在ATP软件中，将工作电压相角中 从0依次增大到360°，步长为30。，记录发生闪络时对应的电流值Ii、l2…、Ii2;计算雷电 流在相邻两个闪络电流之间出现的概率的表达式如式（4)所示，
(:斗)
[0023]
[0024] 闪络率
。.
[0025] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤（4)中 每百千米每年的落雷次数?^^=NJV10,其中昨为根据闪电定位系统得到的线路走廊每平方 千米的年落雷次数，D为线路的引雷宽度，D= 0. 28(2化°'6+b)，h为杆塔的高度；b为两根避 雷线线之间的距离。所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述 步骤（5)中确定雷击杆塔塔顶的概率通过输电线路所在地形确定，平原为1/6,山区为1/4。 [00%] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤化）中 浪涌冲击闪络转为稳定工频电弧的概率的表达式如式（5)所示，
[0027]
[0028] 化为系统额定电压，1为线路绝缘子串长度。
[0029] 所述特高压大跨越线路反击跳闽率计算方法的进一步设计在于，所述步骤（7)中 反击跳闽率的表达式如式（6)所示，
[0030] SFR = Nl n pg (6)
[0031] 其中，?^^为线路的每百千米每年的落雷次数，n为雷击冲击闪络转为稳定工频电 弧的概率，P为雷电流幅值大于线路耐雷水平的概率，g为雷击于杆塔塔顶的概率；所述反 击跳闽率的单位为次/100千米?年。
[0032] 本发明的优点如下：
[0033] 本发明中对大跨越杆塔进行分布参数模型建模，考虑线路参数受频率和电晕的影 响，提高了雷电反击性能的仿真计算精度。
[0034] 本发明中考虑雷电波在杆塔不同部位折反射情况，W及雷电流在线路传播过程 中，频率对线路参数的影响。
[0035] 本发明中考虑了输电线路遭受雷击时真正加在绝缘子上的千差万别的过电压波 形，从理论上比较符合放电的物理过程。
[0036] 本发明中考虑了工频电压对反击耐雷水平的影响，计算不同工作相位角时的闪络 率。
[0037] 本发明中考虑了雷击塔顶时线路上感应过电压的影响，在绝缘子串闪络模型中禪 合进感应过电压。
[0038] 本发明中考虑了接地体在雷电流作用下的复杂流散过程，采用有损长线来模拟接 地体，同时考虑火花效应导致的电阻时变效应。
[0039] 本发明中通过雷电定位系统和GIS系统获得输电线路走廊范围内准确的雷电参 数，拟合雷电流幅值概率分布公式，计算出较为精确的线路落雷密度。
【附图说明】
[0040] 图1为本发明的雷电流通道阻抗与雷电流幅值的关系示意图。
[0041] 图2为本发明的线路冲击电晕模型示意图。
[0042] 图3为本发明的杆塔多波阻抗模型示意图。
[0043] 图4为本发明的接地电阻模型示意图。
[0044] 图5为本发明的绝缘子串模型示意图。
[0045] 图6为本发明的雷击杆塔塔顶示意图。
[0046] 图7为本发明方法的跳闽率计算流程图。
【具体实施方式】
[0047] 下面结合附图对本发明方案进行详细说明。
[0048] 本是实施例提供的特高压大跨越线路雷电反击跳闽率计算方法包括W下步骤： (1)建立雷电流和雷电通道仿真模型；（2)建立特高压大跨越线路及杆塔模型，确定线路反 击耐雷水平；（3)根据闪电定位系统，拟合出线路走廊范围内雷电流幅值分布概率，确定不 同工频电压相位下的闪络概率；(4)根据闪电定位系统及GIS系统确定大跨越线路走廊的 落雷密度，转化为每百千米每年的落雷次数；(5)确定雷击杆塔塔顶的概率；(6)确定浪涌 冲击闪络转为稳定工频电弧的概率；（7)确定特高压大跨越线路的反击跳闽率。 W例 （1)中雷电流波形采用IEC推荐的化idler函数表示，表达式为： 阳化0]
[0051] 式中，I。为峰值电流，X1和X2分别为波头时间常数和波尾时间常数，n为电流睹 度因子，一般情况下取n= 2或10。
[0052] 因为回击通道很长，不考虑回击通道中的折反射，回击通道用很长的均匀传输 线模拟。雷电流通道的波阻抗Z。和雷电流幅值紧密相关，雷电通道等值波阻抗Z。在不 同的雷电流幅值下宜区别对待，根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范》 (GB50064-2014)给出的Z。随雷电流幅值变化的规律图确定，见图1。
[0053] 步骤（2)中的输电线路及杆塔模型包括输电线路的导线、避雷线模型、线路冲击 电晕模型、杆塔模型、绝