CN101320066A - 基于电气几何模型输电线路雷电绕击的雷电击距及其确定的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及基于电气几何模型输电线路雷电绕击的雷电击距及其确定的方法，属于高压输电线路防雷技术领域，本发明提出的雷电击距D_sv(I，h，V)为：D_sv(I，h，V)＝(－0.0004I²+0.22I)h^0.625e^bV；其中I为雷电流，单位为千安培(KA)；h为水平导线高度；V为水平导线电压。该雷电击距的确定方法，包括：对每个水平导线高度h，估计雷电击距的二次多项式；并得到与水平导线高度相关的雷电击距D(I，h)的方程；当水平导线上电压在－1MV到+1MV之间，雷电流在200kA以内时，通过模拟仿真，得到不同电压下雷电击距的修正系数k_v＝e^bV，最后得到雷电击距D_sv(I，h，V)。本方法确定的雷电击距更加符合物理实际，可以降低输电线路的雷击的跳率，保证能够输电线路的安全运行。

Description

基于电气几何模型输电线路雷电绕击的雷电击距及其确定的方法

技术领域

本发明属于高压输电线路防雷技术领域，特别涉及高压输电杆塔的防雷设计

背景技术

随着经济的发展，对电力系统可靠性的要求越来越高。中国与其他国家的统计数据表明，雷击是影响输电线路可靠性最重要的因素，根据运行经验，超高压、特高压输电线路的绕击问题是电力故障的主要原因，因此，如何更精确地计算高压输电线路的绕击是一个新的研究课题。

电气几何模型(EGM)在1945年被提出，1950年EGM首次被用来对345kV输电线路的绕击问题进行分析，得到输电线路的绕击率，从而对输电线路的设计进行指导，降低输电线路的雷击的跳率，保证输电线路的安全运行。

电气几何模型中最核心的部分是怎样确定雷电击距，雷电击距越大，雷击可能性越大。EGM确定输电线路雷电绕击的雷电击距r_s的方法为：

r_S＝aI^b

其中a和b是经验常数，I为雷电流，其单位为千安培(KA)。

这种方法只是考虑了雷电的因数，没有考虑输电线路对于绕击的影响。研究者对a和b的取值有不同的建议，IEEE建议，a＝10，b＝0.65。传统的电气几何模型的基础是实际运行经验，由于不同地区的自然地理条件不同，运行经验差别也很大，不具有普遍适用性。实际运行经验表明，根据传统方法得到的雷电击距进行高压线路设计(尤其特高压直流线路)，线路雷电跳闸率偏高，对线路运行产生很大的影响。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于电气几何模型确定输电线路雷电绕击击距的方法，本方法确定的雷电击距考虑了导线高度和导线电压的影响，结果更加符合物理实际，可以根据具体线路的导线参数和导线电压而进行又针对性地设计，降低输电线路的雷击的跳率，保证能够输电线路的安全运行。

本发明提出的基于电气几何模型输电线路雷电绕击雷电击距D_sv(I，h，V)为：

D_sv(I，h，V)＝(-0.0004I²+0.22I)h^0.625e^bV

其中I为雷电流，单位为千安培(KA)；h为水平导线高度；V为水平导线电压。

本发明提出的上述基于电气几何模型输电线路雷电绕击的雷电击距的确定方法，包括以下步骤：

1)对每个水平导线高度h，估计雷电击距的二次多项式：

D_s＝AI²+BI+C

系数A，B，C组成了一组n个与水平导线高度有关的多项式；

2)通过系数A，B，C与水平导线高度之间的关系，可以得到与水平导线高度相关的雷电击距D(I，h)的方程：

D_s(I，h)＝AI²+BI+C

其中，I为雷电流，其单位为千安培(KA)、h为水平导线高度，系数A，B，C确定如下：

A＝-0.0004h^0.625

B＝0.22h^0.625

C＝0.0

3)考虑水平导线电压对于雷电击距的影响，当水平导线上电压在-1MV到+1MV之间，雷电流在200kA以内时，通过模拟仿真，得到不同电压下雷电击距的修正系数k_v＝e^bV，其中对正极性雷电流b＝-0.0003，对负极性雷电流b＝0.0003。

4)最后得到雷电击距D_sv(I，h，V)：

D_sv(I，h，V)＝D_s(I，h)k_v＝(-0.0004I²+0.22I)h^0.625e^bV

式中系数如下给出：k_v＝e^bV，其中对正极性雷电流b＝-0.0003，对负极性雷电流b＝0.0003。

本发明的原理：

依据云层电荷的极性，雷电可分为正极性雷电和负极性雷电，据统计绝大多数的雷电是负极性的。高压直流线路导线的极性对雷击特性有很大的影响，以负极性雷电为例，雷电先导的负极性电荷和水平导线上的正极性电压增大了间隙电压，雷电先导的负极性电荷和水平导线上的负极性电压减小了水平导线周围的间隙电压，所以正极性导线遭受负极性雷电的概率远大于负极性导线。实际的运行经验表明，高压直流输电线路正极导线侧绕击次数远大于负极导线侧。既然输电线路导线的极性对雷击特性有很大的影响，在计算雷电击距时有必要考虑线路导线电压的因素。

本发明的特点及有益效果：

本发明提出一种基于电气几何模型确定输电线路雷电绕击击距的方法，本方法确定的雷电击距考虑了导线高度和导线电压的影响，结果更加符合物理实际，可以根据具体线路的导线参数和导线电压而进行又针对性地设计，降低输电线路的雷击的跳率，保证能够输电线路的安全运行

具体实施方式

本发明提出的基于电气几何模型确定输电线路雷电绕击的雷电击距的方法，结合实施例说明如下：

实施例

以特高压直流±800kV输电线路为例，导线高度为50m，负极性雷电流取50KA，

用本发明方法

D_sv(I，h，V)＝(-0.0004I²+0.22I)h^0.625e^bV

正极性导线，h＝50，I＝50，b＝0.0003，V＝800，

负极性导线，h＝50，I＝50，b＝0.0003，V＝-800

代入公式得到正极性导线雷电击距为得到正极性导线雷电击距为162.70m，负极性导线雷电击距为100.70m。

用IIEEE的建议公式可以得到雷电击距为127.15m。

实际的运行经验表明，用传统方法设计高压直流输电线路正极导线侧绕击次数远大于负极导线侧，且线路雷击跳闸率较高。根据本发明，正极性导线雷电击距明显大于负极性导线，正极性导线侧的雷击跳闸率也就会高于负极性侧导线，这与实际运行结果更加符合。

Claims (2)

1、一种基于电气几何模型输电线路雷电绕击雷电击距D_sv(I，h，V)为：D_sv(I，h，V)＝(-0.0004I²+0.22I)h^0.625e^bV

其中I为雷电流，单位为千安培(KA)；h为水平导线高度；V为水平导线电压。

2、如权利要求1所述雷电击距的确定方法，包括以下步骤：

1)对每个水平导线高度h，估计雷电击距的二次多项式：

D_s＝AI²+BI+C

系数A，B，C组成了一组n个与水平导线高度有关的多项式；

2)通过系数A，B，C与水平导线高度之间的关系，可以得到与水平导线高度相关的雷电击距D(I，h)的方程：

D_s(I，h)＝AI²+BI+C

其中，I为雷电流，其单位为千安培(KA)、h为水平导线高度，系数A，B，C确定如下：

A＝-0.0004h^0.625

B＝0.22h^0.625

C＝0.0

3)考虑水平导线电压对于雷电击距的影响，当水平导线上电压在-1MV到+1MV之间，雷电流在200kA以内时，通过模拟仿真，得到不同电压下雷电击距的修正系数k_v＝e^bV，其中对正极性雷电流b＝-0.0003，对负极性雷电流b＝0.0003；

4)最后得到雷电击距D_sv(I，h，V)：

D_sv(I，h，V)＝D_s(I，h)k_v＝(-0.0004I²+0.22I)h^0.625e^bV

式中系数如下给出：k_v＝e^bV，其中对正极性雷电流b＝-0.0003，对负极性雷电流b＝0.0003。