一种配电线路雷电感应过电压的避雷器防护方法与流程

本发明涉及配电网防雷，具体涉及一种配电线路雷电感应过电压的避雷器防护方法。

背景技术：

1、配线是承载着一定区域内电力传输与分布的线路，在整个电力系统中占有举足轻重的地位。在电力系统中，配电网的故障对电网的安全和可靠性有着重要的影响。有关资料表明，在整个电力系统中，配电线路的雷击跳闸率约占系统总跳闸事故的70％～80％。配电网通常具有低矮、周边有建筑物和树木等特点，研究发现，其周边有建筑物和树木，可降低雷电直接轰击的几率，但却增大了近距离落雷的几率。配电网正面临着更加严重的雷电感应过电压威胁，对雷电流幅值与雷击点与线路之间的距离、避雷器安装间距以及接地电阻等因素的影响进行了差异化探讨。

2、在电力系统中，有关领域专家学者对雷电引起的过电压问题已有较多的研究。目前，我国的电力规程中，给出了距离线路超过六十五米处发生雷击时线路感应过电压的计算公式，但该公式的推导规程中简化了许多条件，仅体现了雷电流幅值、雷击距离、线路高度等基本要素的影响。rusck在现有的研究基础上，提出了一种考虑雷电回击电磁场回击速度的计算方法，并且ieee规范在此基础上，提出了一种适合线路高度十米以下的感应过电压计算公式。一些学者采用fdtd算法，考虑先导发展过程，得到了比较准确的感应过电压，并且与实测值比较接近。以上研究均是以简单的线路构造为基础，与真实的线路结构有较大差别，且不能实现对避雷器保护等措施的作用进行分析。利用emtp和pscad等软件，可以更精确地考虑线路的构造特点，可以较好地计算出线路的直接雷击过电压，但不能直接计算出感应过电压，需要借助外部程序。在此基础上，采用外部liov程序或model模块编程，对线路的雷电感应过电压进行计算，并对避雷器的保护效果和影响因素进行分析。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于，提供一种配电线路雷电感应过电压的避雷器防护方法，以抑制配电线路感应过电压。

2、为解决上述技术问题，本发明提供一种配电线路雷电感应过电压的避雷器防护方法，包括：

3、步骤s1，通过雷电流回击模型、电磁场传播模型和场线耦合模型对配电线路雷电感应过电压进行模拟计算；

4、步骤s2，根据模拟计算结果，通过仿真获取避雷器的安装方式和接地电阻对雷电感应过电压的影响因素；

5、步骤s3，根据所述影响因素对避雷器的安装方式和接地电阻的设置进行改进。

6、优选地，所述步骤s1中，雷电流回击模型采用指数衰减传输线模型，雷电流随着通道高度的上升而呈指数衰减。任意高度h和任意时间t的通道电流表达为：

7、

8、其中，i(0,t)是雷电通道底部回击电流波形函数；v为回击电流传播速度；μ为沿雷电流通道的电流衰减常数；

9、雷电通道底部电流回击波形选择heidler模型，其表达式为：

10、

11、其中，i为雷电流幅值；τ1和τ2分别为电流衰减和上升的时间常数；k为与雷电流陡度有关的参数。

12、优选地，所述步骤s1中，雷电回击通道周围垂直电场如下所示：

13、

14、水平电场如下所示：

15、

16、

17、水平磁场如下所示：

18、

19、其中，d为雷电通道高度；l为观测点与雷电流通道之间距离；l为计算点与观测点之间距离；c为光的传播速度；ε0为空气的介电常数；h和h′为上文中提到的任意两点高度；φ为反应电磁场的系数，i为雷电流。

20、优选地，所述步骤s1中，场线耦合模型具体为agrawal耦合模型，将入射电流与散射电流的电压进行叠加，得到线路的感应过电压，具体表达式如下：

21、v(s,t)＝vi(s,t)+vr(s,t)

22、入射电场vi(s,t)表达如下：

23、

24、agrawal耦合模型中散射电压vr(x,t)转化为时域表达式如下：

25、

26、其中，l和c分别为线路单位长度的电感和电容；s为观测点；h为上述提到的任一点高度；边界条件为：vr(0,t)＝-zi(0,t)-vi(0,t)，vr(l,t)＝z′i(l,t)-vi(l,t)；z和z′分别为线路两端阻抗；

27、当线路末端阻抗匹配时，观测点s处感应过电压的计算公式简化为：

28、

29、其中，ta为波头时间，tb为波头时间；um为幅值为im的直角波电流产生的感应过电压，u(t)为阶跃函数，为仿真步长。

30、优选地，所述步骤s1中，通过建立所述雷电流回击模型、电磁场传播模型和场线耦合模型，为配电线路雷电感应过电压的模拟计算获得了所需的雷电电流、电磁场传播特性，以及配电网中电线和设备的相互耦合效应。

31、优选地，所述步骤s1中，通过所述雷电流回击模型、电磁场传播模型和场线耦合模型建立仿真，利用emtp中的model模块对配电线路雷电感应过电压进行模拟计算，流经避雷器的电流与电压之间符合如下关系：

32、i＝λuγ

33、其中，i为流经避雷器的电流，u为避雷器上电压，系数λ和γ根据避雷器产品具体数据拟合得到。

34、优选地，所述步骤s2中，避雷器对感应过电压的抑制系数受闪电电流振幅和闪电点到电线的距离的影响，当雷击点距输电线路较近或雷击电流幅度较大时，避雷器对输电线路的抑制作用较小。

35、优选地，所述步骤s2中，当接地电阻很大的时候，在安装了避雷器之后，感应过电压接近无避雷器时的过电压。

36、优选地，所述步骤s2中，避雷器的安装密度增大，引起的感应过电压减小。

37、优选地，所述步骤s3具体包括：增大避雷器的安装间距和降低避雷器的接地电阻；或者在具体应用中结合配网架空线路实际，确定避雷器的安装间距；或者选择适当小的接地电阻。

38、实施本发明具有如下有益效果：通过仿真计算，发现了避雷器的安装方式和接地电阻对雷电感应过电压的影响，并提出了具体的改进方案。通过增大避雷器的安装间距和降低避雷器的接地电阻，以及选择适当的安装方式，可以有效地提高避雷器对雷电感应过电压的防护效果，降低线路感应过电压，提高配网线路的防雷水平。同时，该方案还结合了具体工程实际，选择适当小的接地电阻，保证了其在配电线路防雷中具有最佳的技术经济性能。因此，本发明具有较高的实用性和可操作性，可以为配网架空线路的雷电感应过电压防护提供有效的解决方案。

技术特征：

1.一种配电线路雷电感应过电压的避雷器防护方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，雷电流回击模型采用指数衰减传输线模型，雷电流随着通道高度的上升而呈指数衰减。任意高度h和任意时间t的通道电流表达为：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，雷电回击通道周围垂直电场如下所示：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，场线耦合模型具体为agrawal耦合模型，将入射电流与散射电流的电压进行叠加，得到线路的感应过电压，具体表达式如下：

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过建立所述雷电流回击模型、电磁场传播模型和场线耦合模型，为配电线路雷电感应过电压的模拟计算获得了所需的雷电电流、电磁场传播特性，以及配电网中电线和设备的相互耦合效应。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s1中，通过所述雷电流回击模型、电磁场传播模型和场线耦合模型建立仿真，利用emtp中的model模块对配电线路雷电感应过电压进行模拟计算，流经避雷器的电流与电压之间符合如下关系：

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，避雷器对感应过电压的抑制系数受闪电电流振幅和闪电点到电线的距离的影响，当雷击点距输电线路较近或雷击电流幅度较大时，避雷器对输电线路的抑制作用较小。

8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，当接地电阻很大的时候，在安装了避雷器之后，感应过电压接近无避雷器时的过电压。

9.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s2中，避雷器的安装密度增大，引起的感应过电压减小。

10.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤s3具体包括：增大避雷器的安装间距和降低避雷器的接地电阻；或者在具体应用中结合配网架空线路实际，确定避雷器的安装间距；或者选择适当小的接地电阻。

技术总结
本发明公开一种配电线路雷电感应过电压的避雷器防护方法，包括：步骤S1，通过雷电流回击模型、电磁场传播模型和场线耦合模型对配电线路雷电感应过电压进行模拟计算；步骤S2，根据模拟计算结果，通过仿真获取避雷器的安装方式和接地电阻对雷电感应过电压的影响因素；步骤S3，根据所述影响因素对避雷器的安装方式和接地电阻的设置进行改进。本发明具有较高的实用性和可操作性，可以为配网架空线路的雷电感应过电压防护提供有效的解决方案。

技术研发人员：熊彪
受保护的技术使用者：深圳供电局有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/22