一种输电线路雷电绕击模拟试验统计分析方法与流程

本发明属于电力试验技术领域，尤其涉及一种输电线路雷电绕击模拟试验统计分析方法。

背景技术：

随着特高压线路高度越来越高，输电距离越来越长，沿途气象、地理环境复杂，遭遇极端气候侵袭的概率变得更大。在众多引起线路运行稳定的因素中，雷击故障是导致线路运行故障的主要因素，且其中雷电绕击占据主要地位。因此，为了保证输电工程的安全稳定运行，有必要对其雷电绕击特性以及雷电防护技术进行研究。

自然界雷电放电现象属于云地或者云层间超长间隙放电，与实验室长间隙放电现象有着某些共同点。因此，实验室雷击放电模拟试验成为研究雷电屏蔽问题的重要手段。通过雷电模拟试验可直接确定线路的暴露空间，若能保证试验的物理等价性，其结果对于建立和修正雷电屏蔽理论具有重要意义。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于面积加权法的输电线路模型绕击特性统计分析方法，

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种输电线路雷电绕击模拟试验统计分析方法，包括以下步骤：

步骤1：获取输电线路雷电绕击试验参数和试验数据。

雷电绕击模拟试验改变电极头部的空间位置，在每个位置下进行多次放电试验，获取试验布置导线与避雷线空间位置以及放电点空间位置，记录试验中不同放电点放电路径的选择与概率。

步骤2：建立空间坐标系并绘制放电点空间分布图。

所述空间坐标系y轴为放电点所在平面与档距中心线平面交线，x轴为地面上垂直于导线的轴。根据试验中的导线、避雷线以及放电点的空间位置，绘制放电点空间分布图，记录试验放电空气间隙尺寸。

步骤3：分析绕击概率空间变化规律。

统计各放电点处导线被击中概率，以棒电极高度为x轴，击中导线概率为y轴，对导线被击中概率随高压棒电极高度变化的曲线进行拟合，分析绕击概率随雷电放电点位置变化的规律。

步骤4：绘制等概率散点图与拟合曲线图。

将放电点按照绕击概率分组，绘制等概率散点图。坐标系与放电试验点空间坐标系一致，然后对同组的放电点进行拟合，得到等概率曲线。分析试验绕击空间区域大小。

步骤5：对输电线路绕击概率进行计算。

基于如下假设：

(1)输电线路的避雷线引雷半径为rg，导线引雷半径为rl；

(2)雷电先导头部的空间定位分布呈均匀分布。

基于试验放电点位置对绕击空间区域进行不规则三角网格划分。三角网格划分应保证每个三角形的外接圆均不包含任何放电点，且相邻两三角形形成的凸四边形中其最小内角一定大于交换凸四边形对角线后所形成的两三角形的最小内角。

由各三角形边上中垂线划分每个试验点的控制面积，若中垂线交点落在三角形之外，则以三角形中点连线，划分每个试验点的控制面积。

将各试验点统计所得绕击导线概率设定为其控制面积概率权重，通过加权面积法计算可将引雷空间内总绕击概率表示为：

式中，pi表示第i个试验点处绕击导线概率，ai表示该点控制面积。

本发明的有益效果：利用本发明提供的雷电绕击模拟试验数据统计分析方法，可以实现对输电线路雷电绕击特性的研究，对总结其放电规律有重要意义，同时对于建立和修正雷电屏蔽理论具有重要意义，并有助于解决实际工程问题。

附图说明

图1为本发明实施例输电线路雷电绕击模拟试验统计分析方法的总体流程图；

图2为本发明实施例试验空间位置分布图；

图3为本发明实施例绕击率随高压棒电极对地距离的变化关系图；

图4为本发明实施例绕击等概率空间分布图；

图5为本发明实施例引雷半径示意图；

图6为本发明实施例网格划分与控制面积示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。

本实施例通过以下技术方案来实现，如图1所示，一种输电线路雷电绕击模拟试验统计分析方法，包括以下步骤：

步骤一、获取输电线路雷电绕击试验的相关参数和试验数据。

雷电绕击模拟试验改变电极头部的空间位置，在每个位置下进行多次放电试验，获取试验布置导线与避雷线空间位置以及放电点空间位置，记录试验中不同放电点放电路径的选择与概率。

本实施例模型使用sz322型铁塔模型和导、避雷线缩比线路模型，输电线路档距长为32m，输电线路保护角选取+1.5°，ul、ml、ll三相导线均采用直接接地方式。每种布置方式放电40～50次，分别记录放电击中大地g、避雷线gw和ul、ml、ll三相导线的次数，并折算为百分比例以表征组合间隙中放电路径概率分布的特性。若前20次放电仅击中避雷线gw或者大地g，即认为该位置处放电击中导线概率为0。

步骤二、建立空间坐标系并绘制放电点空间分布图。

空间坐标系y轴为放电点所在平面与档距中心线平面交线，x轴为地面上垂直于导线的轴。根据试验中的导线、避雷线以及放电点的空间位置，绘制放电点空间分布图，记录试验放电空气间隙尺寸。

本实施例所建立的空间坐标系如图2所示。

步骤三、分析绕击概率空间变化规律。

统计各放电点处导线被击中概率，以高压棒电极高度为x＇轴，击中导线概率为y＇轴，对导线被击中概率随高压棒电极高度变化的曲线进行拟合，分析绕击概率随雷电放电点位置变化的规律。

本实施例绕击率随高压棒电极对地距离的变化关系如图3所示。

步骤四、绘制等概率散点图与拟合曲线图。

将放电点按照绕击概率分组，绘制等概率散点图。坐标系与放电点空间坐标系一致，然后对同组的放电点进行拟合，得到等概率曲线。可以得到试验绕击空间区域大小。

本实施例将放电点按照绕击概率分为6组：0、0-20％、20％-40％、40％-60％、60％-80％、80％-100％的点。

本实施例拟合所得绕击等概率空间分布如图4所示。

步骤五、对试验线路绕击概率进行计算。

计算基于如下假设：

i.输电线路的避雷线引雷半径为rg，导线引雷半径为rl；

ii.雷电先导头部的空间定位分布呈均匀分布。

本实施例选取避雷线引雷半径rg＝4h，导线引雷半径rl＝2h，式中h表示避雷线高度。本实施例引雷半径示意图如图5所示。

基于试验放电点位置对绕击空间区域进行不规则三角网格划分。所述网格划分应保证每个三角形的外接圆均不包含任何放电点，且相邻两三角形形成的凸四边形中其最小内角一定大于交换凸四边形对角线后所形成的两三角形的最小内角。

由各三角形边上中垂线划分每个试验点的控制面积，若中垂线交点落在三角形之外，则以三角形中点连线，划分每个试验点的控制面积。本实施例网格划分与控制面积示意图如图6所示。

将各试验点统计所得绕击导线概率设定为其控制面积概率权重，通过加权面积法计算可将引雷空间内总绕击概率表示为：

式中，pi表示第i个试验点处绕击导线概率，ai表示该点控制面积。

本实施例通过上式计算得到的特高压输电线路的总绕击概率为7.81％。

应当理解的是，本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。

虽然以上结合附图描述了本发明的具体实施方式，但是本领域普通技术人员应当理解，这些仅是举例说明，可以对这些实施方式做出多种变形或修改，而不背离本发明的原理和实质。本发明的范围仅由所附权利要求书限定。