一种变电站内避雷器均压环静电电压估算方法与流程
本发明涉及一种变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，属于变电站检测技术领域。
背景技术：
随着我国电力建设的迅速发展，超高压输电等级的应用越来越广泛，超高压变电站作为枢纽发挥着不可替代的重要作用。
在对变电站设备进行检修作业时，一般只对设备所属间隔的线路进行停电处理，而汇流母线依然正常运行，其电场的作用会使检修设备顶部产生静电耦合电压，当耦合电压较大时会对检修人员的安全构成威胁，因此在实际检修工作前，如果先对设备耦合电压进行估算，再进行接地等安全防护工作，会降低检修人员的触电风险，具有重要的意义。
现有电场分析方法，可以针对仅有母线和大地存在的静电系统，计算其空间中任意位置的电位，但当场点处由空气变成导体时，此方法误差较大。
技术实现要素：
本发明所要解决的技术问题是提供一种变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，采用设计方法，构建电压与母线位置的关系模型，能够提高目标变电站内避雷器均压环总耦合电压的获得效率与准确率。
本发明为了解决上述技术问题采用以下技术方案：本发明设计了一种变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，用于获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压，包括如下步骤：
步骤a.构建目标变电站三相母线和避雷器所对应的有限元模型，然后进入步骤b；
步骤b.按预设第一距离步长，获得预设母线相间距离范围内的各级母线相间距离x；同时按预设第二距离步长，获得预设中相母线距避雷器均压环顶部距离范围内的、各级中相母线距避雷器均压环顶部距离y；然后获得各x分别与各y之间的两两组合，构成各个距离组合，并进入步骤c；
步骤c.分别针对各个距离组合：根据距离组合，应用有限元模型进行仿真，计算三相母线与避雷器均压环的互电容矩阵，获得该距离组合所对应的避雷器均压环对地等效电容c0，以及分别对a、b、c各相母线的等效电容ca、cb、cc；
完成针对各距离组合的上述操作后，进入步骤d；
步骤d.分别针对各个距离组合：根据距离组合下，避雷器均压环对地等效电容c0、以及分别对a、b、c各相母线的等效电容ca、cb、cc，结合a、b、c各相母线的电压，获得a、b、c各相母线对均压环的耦合电压，并将各相母线对均压环的耦合电压进行相加，获得该距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un；其中，1≤n≤n，n表示距离组合的数目，un表示第n个距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压；
完成针对各距离组合的上述操作后，进入步骤e；
步骤e.在预设初等函数集合中，选择一个预设初等函数，作为基础函数，并进入步骤f；
步骤f.根据各个距离组合、以及距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un，针对基础函数进行拟合，获得un随各个距离组合而变化的拟合模型，即目标变电站所对应的拟合模型，然后进入步骤g；
步骤g.根据目标变电站中实际母线相间距离、中相母线距避雷器均压环顶部距离，应用目标变电站所对应的拟合模型，获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括步骤fgi如下，其中执行完步骤f之后，进入步骤fgi；
步骤fgi.分别针对各个距离组合，执行如下步骤fgi-1至步骤fgi-2，获得各个相对误差en，并判断其中是否存在位于预设相对误差范围外的相对误差，是则在预设初等函数集合中，选择一个未被选择过的预设初等函数，作为基础函数，并返回步骤f；否则判定目标变电站所对应拟合模型满足相对误差要求，并进入步骤g；
步骤fgi-1.应用目标变电站所对应的拟合模型，获得距离组合所对应的避雷器均压环预测总耦合电压
步骤fgi-2.根据该距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un，应用如下公式：
获得目标变电站所对应拟合模型在该距离组合下、所对应的相对误差en；en表示目标变电站所对应拟合模型在第n个距离组合下、所对应的相对误差。
作为本发明的一种优选技术方案：还包括步骤fgii如下，其中所述步骤fgi中判断，若判定目标变电站所对应拟合模型满足相对误差要求，并进入步骤fgii；
fgii.获得各距离组合所对应避雷器均压环总耦合电压un的平均值
获得目标变电站所对应拟合模型的拟合系数r-square，并判断拟合系数r-square与1的差值是否在预设系数差值范围内，是则判定目标变电站所对应拟合模型满足相对误差要求，并进入步骤g；否则在预设初等函数集合中，选择一个未被选择过的预设初等函数，作为基础函数，并返回步骤f。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤d中，分别针对各个距离组合：根据距离组合下，避雷器均压环对地等效电容c0、以及分别对a、b、c各相母线的等效电容ca、cb、cc，结合a、b、c各相母线的电压ua、ub、uc，按如下公式：
获得a、b、c各相母线的耦合电压ua0、ub0、uc0。
作为本发明的一种优选技术方案：所述步骤d中，分别针对各个距离组合：针对各相母线的耦合电压的相加值进行取模，获得距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un。
本发明所述一种变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：
本发明所设计变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，基于母线不同位置，先计算避雷器均压环对地等效电容，以及分别对各相母线的等效电容；再通过等效电容电路计算各相耦合电压，接着叠加得到避雷器均压环总耦合电压；由此建立耦合电压与母线位置的关系模型，即目标变电站所对应的拟合模型，则在应用中，即可根据目标变电站中实际母线相间距离、中相母线距避雷器均压环顶部距离，应用目标变电站所对应的拟合模型，获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压，有效提高了目标变电站内避雷器均压环总耦合电压的获得效率与准确率，对检修人员的工作安全风险实现了评估，提高人员感应电认识水平，还可为下一步接地等防护工作提供依据，具有重要意义。
附图说明
图1是本发明设计变电站内避雷器均压环静电电压估算方法的流程图；
图2是单节避雷器截面图；
图3是避雷器正视图；
图4是避雷器俯视图。
具体实施方式
下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。
本发明设计了一种变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，用于获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压，实际应用当中，如图1所示，具体包括如下步骤。
步骤a.结合空气域和大地，构建目标变电站三相母线和避雷器所对应的有限元模型，然后进入步骤b。
有限元法通过把电场中的泊松方程或拉普拉斯方程转化为相应的变分问题，再将求解区域进行剖分和插值，最后把变分问题离散化为一组多元的代数方程组。
步骤b.按预设第一距离步长，获得预设母线相间距离范围内的各级母线相间距离x；同时按预设第二距离步长，获得预设中相母线距避雷器均压环顶部距离范围内的、各级中相母线距避雷器均压环顶部距离y；然后获得各x分别与各y之间的两两组合，构成各个距离组合，并进入步骤c。
步骤c.分别针对各个距离组合：根据距离组合，应用有限元模型进行仿真，计算三相母线与避雷器均压环的互电容矩阵，获得该距离组合所对应的避雷器均压环对地等效电容c0，以及分别对a、b、c各相母线的等效电容ca、cb、cc；
完成针对各距离组合的上述操作后，进入步骤d。
步骤d.分别针对各个距离组合：根据距离组合下，避雷器均压环对地等效电容c0、以及分别对a、b、c各相母线的等效电容ca、cb、cc，结合a、b、c各相母线的电压ua、ub、uc，按如下公式：
获得a、b、c各相母线对均压环的耦合电压ua0、ub0、uc0，然后将各相母线对均压环的耦合电压进行相加，针对相加值进行取模，获得该距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un；其中，1≤n≤n，n表示距离组合的数目，un表示第n个距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压，相邻相母线的电压相位差120度；
完成针对各距离组合的上述操作后，进入步骤e。
步骤e.在预设初等函数集合中，选择一个预设初等函数，作为基础函数，并进入步骤f。
步骤f.根据各个距离组合、以及距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un，针对基础函数进行拟合，获得un随各个距离组合而变化的拟合模型，即目标变电站所对应的拟合模型，然后进入步骤fgi。
步骤fgi.分别针对各个距离组合，执行如下步骤fgi-1至步骤fgi-2，获得各个相对误差en，并判断其中是否存在位于预设相对误差范围外的相对误差，是则在预设初等函数集合中，选择一个未被选择过的预设初等函数，作为基础函数，并返回步骤f；否则判定目标变电站所对应拟合模型满足相对误差要求，并进入步骤fgii。
步骤fgi-1.应用目标变电站所对应的拟合模型，获得距离组合所对应的避雷器均压环预测总耦合电压
步骤fgi-2.根据该距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un，应用如下公式：
获得目标变电站所对应拟合模型在该距离组合下、所对应的相对误差en；en表示目标变电站所对应拟合模型在第n个距离组合下、所对应的相对误差。
fgii.获得各距离组合所对应避雷器均压环总耦合电压un的平均值
获得目标变电站所对应拟合模型的拟合系数r-square，并判断拟合系数r-square与1的差值是否在预设系数差值范围内，是则判定目标变电站所对应拟合模型满足相对误差要求，并进入步骤g；否则在预设初等函数集合中，选择一个未被选择过的预设初等函数，作为基础函数，并返回步骤f。
步骤g.根据目标变电站中实际母线相间距离、中相母线距避雷器均压环顶部距离，应用目标变电站所对应的拟合模型，获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压。
将上述所设计变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，应用于实际当中，以500kv超高压变电站为例，其中，变电站中母线为铝镁合金管母线，外径200mm，管壁厚9mm，相间距6m，如图2所示，单节避雷器由内至外分别为电阻片、绝缘筒和瓷套；避雷器外部尺寸及结构见图3至图4。在此模型中,给予每相母线288.68kv电压，相位差为120度，避雷器底部接地，并在避雷器及母线外部设置空气域。
应用中，先根据步骤a构建有限元模型，然后执行如下步骤b。
按预设0.2m步长，获得6m到8m范围内的各级母线相间距离x；同时按预设0.2m步长，获得4m到9m范围内的、各级中相母线距避雷器均压环顶部距离y；然后获得各x分别与各y之间的两两组合，构成各个距离组合。
然后执行步骤c至步骤g，获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压；其中所述预设初等函数集合中各个预设初等函数诸如u＝ax+becy+d、u＝ax2+bx+cy2+dy+e，在步骤f中，根据各个距离组合、以及距离组合所对应的避雷器均压环总耦合电压un，针对基础函数进行拟合，即将un的值带入u，各距离组合中的x、y的值分别带入函数中的x、y，进行函数拟合，获得un随各个距离组合而变化的拟合模型，即目标变电站所对应的拟合模型。
上述技术方案所设计变电站内避雷器均压环静电电压估算方法，基于母线不同位置，先计算避雷器均压环对地等效电容，以及分别对各相母线的等效电容；再通过等效电容电路计算各相耦合电压，接着叠加得到避雷器均压环总耦合电压；由此建立耦合电压与母线位置的关系模型，即目标变电站所对应的拟合模型，则在应用中，即可根据目标变电站中实际母线相间距离、中相母线距避雷器均压环顶部距离，应用目标变电站所对应的拟合模型，获得目标变电站内避雷器均压环总耦合电压，有效提高了目标变电站内避雷器均压环总耦合电压的获得效率与准确率，对检修人员的工作安全风险实现了评估，提高人员感应电认识水平，还可为下一步接地等防护工作提供依据，具有重要意义。
上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。
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