基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法与流程

本发明涉及雷击安全评估方法领域，更具体地，涉及一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法。

背景技术：

输电线路作为电力系统组成的重要部分，无论是高压还是超高压输电线路，雷击杆塔是直击雷的主要形式之一，根据输电线路多年运行资料统计，雷击输电线路杆塔顶部比雷击输电线路的概率大得多。当雷电直击输电线路杆塔时，雷电流幅度达几万安甚至几十万安，雷电流在输电线路杆塔系统中经由避雷线以及杆塔塔身向地中散流。因为我国输电距离十分遥远，其一般要穿越山地、池塘、城市等各种地形，而有些地方恰恰因为地形复杂，雷雨天气居多，比如在珠三角地区降雨较多，鱼塘分布地区广泛，输配电线杆塔立在鱼塘周边甚至鱼塘之中的情况屡见不鲜；当雷电击中树立在鱼塘周边甚至树立在池塘中的的输电线路杆塔时，部分雷电流通过输电杆塔本身或者避雷装置直接通过池塘散流或者通过大地流入池塘中，导致在雷雨多的地区经常出现鱼塘中的鱼类大量死亡的现象。

为减轻雷击对池塘中鱼类的危害，很有必要通过降低接地电阻、接触电压及跨步电压等方法改善池塘周边杆塔的散流情况。由于池塘周围的杆塔通常受到面积限制，打入垂直接地极是一种较为可行的防护方案。目前在电气、生物等领域尚无有效的方法对遭受雷电流入侵的池塘安全性及垂直接地极防护的有效性进行评估，基于此很有必要

鱼体遭受两次连续雷电流冲击后，其受伤害的程度跟多种因素有关，目前在电气领域和生物领域等领域都没有有效的评估方法对遭受雷电流入侵的鱼塘进行安全评估，基于此很有必要提出一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法。

技术实现要素：

本发明提供一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法，该方法能有效评估池塘中鱼在遭受连续两次雷击情况下的安全性，并对采用垂直接地极方案防护后的池塘安全性进行评估及指导。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法，包括以下步骤：

s1：将整个池塘长度和宽度分别均匀分成m和n段，整个池塘划分成m×n个区域，长度方向第i段、宽度方向第j段所对应的区域记为ai,j；

s2：从杆塔接地端子向地网注入冲击电流i1，分别测试步骤s1中m×n个区域的散流密度，区域ai,j的散流密度记为ji,j；

s3：根据当地气象部门统计获得98％概率下最大电流i98％ka，i98％ka雷电电流注入杆塔地网时区域ai,j的散流密度为1000*i98％*ji,j；

s4：抽样测量并统计池塘中鱼的平均体重g^d、平均长度l和水中含氧量两次雷击时间间隔为δt；

s5：通过以下公式获得池塘风险度φ，

其中，kδt为两次雷击的时间系数；i98％为98％概率最大雷电流幅值；为区域ai,j的面积；sm×n为池塘总面积；l为鱼体平均长度；g^d为鱼体平均重量；为20℃、100kpa下，纯水中的氧气含量，其值定为9mg/l；

s6：根据风险度φ的大小，确定池塘风险等级；

s7：选取距离池塘最近的输电杆塔，在杆塔四个塔脚各打入一根长为1.5m的垂直接地极，并使垂直接地极与原有接地装置呈有效电气连接；

s8：从杆塔接地端子向地网注入冲击电流i2，分别测试步骤s1中m×n个区域的散流密度，区域ai,j的散流密度记为ji',j

s9：通过步骤s5中的公式重新计算池塘风险度，记为φ'；

s10：根据防护后的风险度φ'的大小，确定加入垂直接地极防护后的池塘风险等级。若加入防护后的池塘风险等级仍为轻度危险及以上，则在原有基础上继续在杆塔塔脚打入单根长度为l的垂直接地极，随后重复步骤s8至步骤s9；若池塘风险等级为安全，则垂直接地极防护改造完成。

进一步地，所述冲击电流i1、i2是幅值为1a，波头时间为8us，半峰值时间为20us的电流。

进一步地，所述步骤s6中φ<0.2时为安全，0.2<φ<0.4为低度危险，0.4<φ<0.6为中度危险，0.6<φ<0.8为高度度危险，0.8<φ<1.0为极度危险。

进一步地，所述l是1.5m。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明结合了统计参数及实验参数，提出了池塘风险度的计算公式，并根据池塘风险度对池塘风险等级进行了划分，能有效、直观地评估池塘中鱼体在遭受连续两次雷击情况下的安全性；本发明可以有效评估布置不同长度垂直接地极情况下的池塘风险度及风险等级，为使用垂直接地极方案对杆塔周边池塘的防护提供参考；本发明涉及的计算简便，结果可靠，为评估杆塔周边池塘安全提供一种简单、有效的方法。

附图说明

图1为本发明中所述的一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法整体流程图；

图2为本发明中所述的一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法中不规则池塘区域划分示意图；

图3为本发明中所述的一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法中垂直接地极打入点示意图；

图4为本发明中所述的一种基于垂直接地极防护的池塘鱼体二次雷击安全评估方法的实施案例中鱼塘分割示意图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，步骤1：首先对池塘调研，测量池塘基本信息。如大小、长度、宽度以及水体含氧量等信息，然后将整个池塘长度和宽度分别均匀分成m和n段，整个池塘划分成m×n个区域，长度方向第i段、宽度方向第j段所对应的区域记为aij。对于典型不规则池塘，区域划分如附图2所示；

步骤2：使用冲击电流发生器从杆塔接地端子向地网注入幅值为1a，波头时间为8us，半峰值时间为20us的冲击电流，分别测试步骤1中m×n个区域的散流密度，区域ai,j的散流密度记为ji,j；其中电流采集装置可由电流采集单元连接泰克tektronixtds2012c数字存储示波器，水中散流波形通过泰克示波器显示并记录；为了保证数据准确有效，在注入电流的同时需要m×n个散流测试单元同时对m×n个区域进行电流测量；

步骤3：根据当地气象部门统计获得98％概率下最大电流i98％ka，i98％ka雷电电流注入杆塔地网时区域ai,j的散流密度为1000*i98％*ji,j；

步骤4：抽样测量并统计池塘中鱼的平均体重m(kg)、平均长度l(cm)和水中含氧量(mg/l)；两次雷击时间间隔为δt(μs)；对每个区域的鱼类进行抽样时，为避免抽样的特殊性，每个区域中至少捕获5条鲫鱼进行测量，抽样区域随机选择；水中含氧量需要在每个区域中都去一次进行测试，然后进行取平均值；

步骤5：通过以下公式获得池塘风险度φ，

其中，为两次雷击的时间系数；i98％为98％概率最大雷电流幅值；为区域aij的面积；sm×n为池塘总面积；l为鱼体平均长度；g为鱼体平均重量；为20℃、100kpa下，纯水中的氧气含量，其值定为9mg/l。

对于鲫鱼来说，a取值-2.02×10^-3、b取值-2.13×10^-3、c取值2×10^-3、d取值-1.697×10^-2、f取值455。

步骤6：根据风险度φ的大小，确定池塘风险等级，即0≤φ<0.2时为安全，0.2≤φ<0.4为低度危险，0.4≤φ<0.6为中度危险，0.6≤φ<0.8为高度度危险，0.8≤φ≤1.0为极度危险。

步骤7：选取距离池塘最近的输电杆塔，在杆塔四个塔脚各打入一根长为1.5m的垂直接地极，并使垂直接地极与原有接地装置呈有效电气连接；本实施方式中垂直接地极打入点如附图3所示；

步骤8：从杆塔接地端子向地网注入幅值为1a，波头时间为8us，半峰值时间为20us的冲击电流，分别测试步骤1中m×n个区域的散流密度，区域ai,j的散流密度记为ji,j′；

步骤9：通过步骤5中的公式重新计算池塘风险度，记为φ′；

步骤10：根据防护后的风险度φ′的大小，确定加入垂直接地极防护后的池塘风险等级。若加入防护后的池塘风险等级仍为轻度危险及以上，则在原有基础上继续在杆塔塔脚打入单根长度为1.5m的垂直接地极，随后重复步骤8至步骤9；若池塘风险等级为安全，则垂直接地极防护改造完成。

为充分说明实施例的可行性和测评系统的可靠性，针对某输电杆塔接地装置附近池塘进行安全状态评估。该池塘面积约为830m²，如图4所示。首先将其划分为4×4块，x方向间隔为10m，y方向间隔为7m。从池塘边注入点处注入幅值为100a冲击电流，分别测试4×4个区域的散流密度，测试点以矩形块中点为基准，作为该区域中的散流均值。区域[a11a12a13...a44]的散流密度记为[j11j12j13...j44]；抽样测量并统计池塘中鱼的平均体重g(kg)、平均长度l(cm)和水中含氧量(mg/l)；根据电力部门统计获得98％概率下最大电流记为i98％ka；统计量参数如下表所示。

通过以下公式获得池塘风险度φ：

其中：

a、b、c、d、f均为常数。对于鲫鱼来说，a取值-2.02×10^-3、b取值-2.13×10^-3、c取值2×10^-3、d取值-1.697×10^-2、f取值455。

利用电流传感器测量得到16个区域的ji,j如下表所示。

通过池塘风险度公式计算得φ＝0.42，池塘风险等级定为中度危险。

重复步骤7、步骤8，在杆塔四个塔脚各打入一根长为1.5m的垂直接地极，并使垂直接地极与原有接地装置呈有效电气连接；注入雷电流后测得16个区域中电流密度值如下表所示；

通过池塘风险度公式计算得φ′＝0.22，池塘风险等级定为低度危险，雷电对池中鲫鱼影响很小，因此不需要再打垂直接地极。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。