CN103646148A - 一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开的特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，包括：将大跨越杆塔之间的导线分为多个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型，并对每个杆塔建立多波阻抗模型，然后根据雷电活动情况选定雷电参数，整合所有模型并计算出耐雷水平，然后根据耐雷水平以及一系列公式计算得出特高压输电线路的反击跳闸率水平。本申请考虑了大跨越线线路杆塔高、线路档距长，建立了分段分布参数模型，并将塔杆不同部分的波阻抗进行细分，考虑雷电波在塔身上的折、反射过程，建立多波阻抗模型，使得仿真结果更加精确、贴近实际。

Description

一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法

技术领域

本申请涉及特高压电网技术领域，更具体地说，涉及一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法。

背景技术

由于特高压输电线路大跨越杆塔很高，且导线跨越档距很长，杆塔及地线引发上行先导导致落雷的概率很高，且发生雷击事故之后不易维修。而现有的输电线路雷电反击性能仿真计算一般都是针对超高压及其以下线路提出的，其并未考虑特高压输电线路大跨越线段的特殊性，因此无法应用在特高压输电线路上。所以我们需要研究一种系统的计算方法，来对特高压输电线路雷电反击性能进行仿真计算。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，解决了目前没有针对特高压输电线路的雷电反击性能仿真计算方案的问题。

为了实现上述目的，现提出的方案如下：

一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，选取特高压大跨越杆塔、锚塔及其前后两侧的多个杆塔为仿真建模对象，则该方法包括：

将所述大跨越杆塔之间的导线分为n个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型；

对大跨越杆塔之外的每两个杆塔之间的导线建立线路分布参数电路模型；

根据分段波阻抗计算公式和雷电波传播速度，对每个杆塔建立多波阻抗模型；

根据线路所在地区的雷电活动情况，选定雷电参数，建立雷电模型，所述雷电参数至少包括雷电流幅值；

将所述线路分布参数电路模型、所述多波阻抗模型和所述雷电模型组合为一个完整的模型网络；

计算雷电流作用在所述大跨越杆塔的塔顶时，第一雷电反击耐雷水平；

计算雷电流作用在两个所述大跨越杆塔地线档距中央时，第二雷电反击耐雷水平；

计算所述雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率、输电线路的百公里年落雷次数、击杆率和建弧率；

根据所述耐雷概率、所述百公里年落雷次数、所述击杆率和所述建弧率，计算所述特高压输电线路的反击跳闸率水平。

优选地，所述建立线路分布参数电路模型具体为：

利用贝杰龙（Bergeron）数值计算方法，建立线路分布参数电路模型。

优选地，还包括：

建立每个杆塔的导线闪络模型，每相导线有三个不同的导线间隙闪络路径，分别为沿绝缘子间隙闪络放电、对塔身放电和对下方横担放电。

优选地，所述计算所述雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率具体为：

利用电磁暂态仿真计算方法，计算所述耐雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率。

优选地，所述利用电磁暂态仿真计算方法，计算所述耐雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率，包括：

将工频周期的相角划分为n1个相角区间；

统计雷电流幅值大于第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率P：

P=∑P_j/n₁，

式中P_j为线路在各工频相角区间内的耐雷概率，n₁表示将一个工频周期的相角划分为n₁个相角区间。

优选地，还包括：

判断所述反击跳闸率水平和所述第二雷电反击耐雷水平是否满足线路设计安全要求，若不满足则调整设计方案，若满足则结束。

优选地，所述输电线路的百公里年落雷概率计算过程为：

N_L=0.28(28h_T ^0.6+b)，

式中，N_L为百公里年落雷概率，h_T为杆塔的高度，b为两根地线之间的距离。

优选地，所述建弧率的计算过程为：

η=(4.5E^0.75-14)×10^-2，

式中，η代表建弧率，

U_n为系统额定电压，l为线路绝缘子串长度。

优选地，所述计算所述特高压输电线路的反击跳闸率水平具体为：

n=N_LηPg，

式中，n代表反击跳闸率水平，g代表击杆率。

优选地，选取n₁值为12，则统计12个相角区间的耐雷概率。

从上述的技术方案可以看出，本申请公开的特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，通过将大跨越杆塔之间的导线分为多个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型，并对每个杆塔建立多波阻抗模型，然后根据雷电活动情况选定雷电参数，整合所有模型并计算出耐雷水平，然后根据耐雷水平以及一系列公式计算得出特高压输电线路的反击跳闸率水平。本申请考虑了大跨越线线路杆塔高、线路档距长，建立了分段分布参数模型，并将塔杆不同部分的波阻抗进行细分，考虑雷电波在塔身上的折、反射过程，建立多波阻抗模型，使得仿真结果更加精确、贴近实际。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本申请实施例公开的一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法流程图；

图2为本申请实施例公开的雷电流通道阻抗与雷电流幅值的关系图；

图3为本申请实施例公开的雷击于大跨越杆塔塔顶时示意图；

图4为本申请实施例公开的雷击于大跨越段地线档中央时示意图；

图5为本申请实施例公开的另一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法流程图；

图6为本申请实施例公开的又一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

本申请公开了一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，选取特高压大跨越杆塔、锚塔及其前后两侧的多个杆塔为仿真建模对象。

参见图1，图1为本申请实施例公开的一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法流程图。

如图1所示，该方法包括：

步骤101：将所述大跨越杆塔之间的导线分为n个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型；

具体地，在两个大跨越杆塔之间的导线由于档距大、弧垂大，因此本实施将这段导线细分为平均高度不相同的n小段，对每一个线段建立线路分布参数电路模型。

步骤102：对大跨越杆塔之外的每两个杆塔之间的导线建立线路分布参数电路模型；

具体地，步骤101中只是对大跨越杆塔之间的导线进行了建模，本步骤中对除此以外的其它杆塔之间的导线建立同样的线路分布参数电路模型。

步骤103：根据分段波阻抗计算公式和雷电波传播速度，对每个杆塔建立多波阻抗模型；

具体地，将杆塔各部分、各段的不同波阻抗进行细分，考虑雷电波在塔身上的折、反射过程，反映雷击时塔身不同位置的电压分布，对每个杆塔建立多波阻抗模型。

步骤104：根据线路所在地区的雷电活动情况，选定雷电参数，建立雷电模型，所述雷电参数至少包括雷电流幅值；

具体地，按照标准（GB\Z24842-2009）选定雷电流幅值（I_f）、雷电通道波阻抗（R₁）等参数，建立雷电模型。具体地，可参见图2，图2为本申请实施例公开的雷电流通道阻抗与雷电流幅值的关系图。

步骤105：将所述线路分布参数电路模型、所述多波阻抗模型和所述雷电模型组合为一个完整的模型网络；

具体地，连通上述所有模型，搭建一个完整的模型网络。

步骤106：计算雷电流作用在所述大跨越杆塔的塔顶时，第一雷电反击耐雷水平；

步骤107：计算雷电流作用在两个所述大跨越杆塔地线档距中央时，第二雷电反击耐雷水平；

具体地，步骤106和步骤107分别考虑了两种不同情况下，雷电反击耐雷水平，分别为雷电流作用在大跨越杆塔的塔顶时和雷电流作用在两个大跨越杆塔地线档中央时，参见图3和图4，图3为本申请实施例公开的雷击于大跨越杆塔塔顶时示意图；图4为本申请实施例公开的雷击于大跨越段地线档中央时示意图。

步骤108：计算所述雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率、输电线路的百公里年落雷次数、击杆率和建弧率；

具体地，该步骤中计算的各个参数都是为计算反击跳闸率提供必要的参数。

步骤109：根据所述耐雷概率、所述百公里年落雷次数、所述击杆率和所述建弧率，计算所述特高压输电线路的反击跳闸率水平。

本实施例公开的特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，通过将大跨越杆塔之间的导线分为多个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型，并对每个杆塔建立多波阻抗模型，然后根据雷电活动情况选定雷电参数，整合所有模型并计算出耐雷水平，然后根据耐雷水平以及一系列公式计算得出特高压输电线路的反击跳闸率水平。本申请考虑了大跨越线线路杆塔高、线路档距长，建立了分段分布参数模型，并将塔杆不同部分的波阻抗进行细分，考虑雷电波在塔身上的折、反射过程，建立多波阻抗模型，使得仿真结果更加精确、贴近实际。

需要说明的是，经试验验证，当选择将大跨越杆塔之间的导线分为n=10个线段时，结果已经很接近实际，参见图3和图4。

需要说明的是，在建立线路分布参数电路模型时，我们可以选用贝杰龙（Bergeron）数值计算方法。

实施例二

参见图5，图5为本申请实施例公开的另一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法流程图。

如图5所示，在实施例一的基础上，本实施例进一步增加了步骤110：建立每个杆塔的导线闪络模型。具体地，在计算同塔双回的大跨越线路时，每相导线考虑三个不同的导线间隙闪络路径，分别为沿绝缘子间隙闪络放电、对塔身放电和对下方横担放电。

本实施例中，针对特高压大跨越杆塔雷击时电位的分布特点，建立导线的多闪络放电通道模型，使得仿真过程更加接近实际运行。提高了雷电反击性能的仿真计算精度。

实施例三

在计算雷电流幅值大于第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率时，我们可以利用电磁暂态仿真计算方法。

计算时，工频工作电压瞬时值（相角）按均匀分布考虑，即雷击时出现于工频周期的任一相角区间内的概率相等。将一个工频周期的相角划分为n1各相角区间，则统计计算雷电流幅值大于第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率P为：

P=∑P_j/n₁，

式中P_j为线路在各工频相角区间内的耐雷概率，n₁表示将一个工频周期的相角划分为n₁个相角区间。

具体地，我们可以选择n₁值为12，即每隔30°相角为一种状态，计算中需要分别计算12种相角状态下的耐雷概率。

实施例四

参见图6，图6为本申请实施例公开的又一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法流程图。

如图6所示，在实施例二的基础上，本实施例进一步增加了步骤111：判断所述反击跳闸水平和所述第二雷电反击耐雷水平是否满足线路设计安全要求；步骤112：若上述判断结果为不满足，则调整设计方案，例如：修改杆塔的塔高，调整相角等。若调整结果为满足，则结束流程。

实施例五

本实施例将详细介绍输电线路的百公里年落雷次数、雷击于杆塔塔顶的概率、雷击冲击闪络转为稳定工频电弧的概率—建弧率和特高压输电线路的反击跳闸率水平。

一、输电线路的百公里年落雷概率NL计算公式为：

N_L=0.28(28h_T ^0.6+b)，

式中，h_T为杆塔的高度，b为两根地线之间的距离。

二、建弧率η的计算公式为：

η=(4.5E^0.75-14)×10^-2，

式中，

U_n为系统额定电压，l为线路绝缘子串长度。

三、根据线路所在地形确定雷击于杆塔塔顶的概率，即击杆率g。

四、特高压输电线路的反击跳闸水平具体为：

n=N_LηPg，

式中，n代表反击跳闸水平，g代表击杆率。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (10)

1.一种特高压输电线路雷电反击性能仿真计算方法，其特征在于，选取特高压大跨越杆塔、锚塔及其前后两侧的多个杆塔为仿真建模对象，则该方法包括：

将所述大跨越杆塔之间的导线分为n个线段，对每个线段建立线路分布参数电路模型；

对大跨越杆塔之外的每两个杆塔之间的导线建立线路分布参数电路模型；

根据分段波阻抗计算公式和雷电波传播速度，对每个杆塔建立多波阻抗模型；

根据线路所在地区的雷电活动情况，选定雷电参数，建立雷电模型，所述雷电参数至少包括雷电流幅值；

将所述线路分布参数电路模型、所述多波阻抗模型和所述雷电模型组合为一个完整的模型网络；

计算雷电流作用在所述大跨越杆塔的塔顶时，第一雷电反击耐雷水平；

计算雷电流作用在两个所述大跨越杆塔地线档距中央时，第二雷电反击耐雷水平；

计算所述雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率、输电线路的百公里年落雷次数、击杆率和建弧率；

根据所述耐雷概率、所述百公里年落雷次数、所述击杆率和所述建弧率，计算所述特高压输电线路的反击跳闸率水平。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立线路分布参数电路模型具体为：

利用贝杰龙（Bergeron）数值计算方法，建立线路分布参数电路模型。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：

建立每个杆塔的导线闪络模型，每相导线有三个不同的导线间隙闪络路径，分别为沿绝缘子间隙闪络放电、对塔身放电和对下方横担放电。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算所述雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率具体为：

利用电磁暂态仿真计算方法，计算所述耐雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述利用电磁暂态仿真计算方法，计算所述耐雷电流幅值大于所述第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率，包括：

将工频周期的相角划分为n1个相角区间；

统计雷电流幅值大于第一雷电反击耐雷水平的耐雷概率P：

P=∑P_j/n₁，

式中P_j为线路在各工频相角区间内的耐雷概率，n₁表示将一个工频周期的相角划分为n₁个相角区间。

6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，还包括：

判断所述反击跳闸率水平和所述第二雷电反击耐雷水平是否满足线路设计安全要求，若不满足则调整设计方案，若满足则结束。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述输电线路的百公里年落雷概率计算过程为：

N_L=0.28(28h_T ^0.6+b)，

式中，N_L为百公里年落雷概率，h_T为杆塔的高度，b为两根地线之间的距离。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述建弧率的计算过程为：

η=(4.5E^0.75-14)×10^-2，

式中，η代表建弧率，U_n为系统额定电压，l为线路绝缘子串长度。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述计算所述特高压输电线路的反击跳闸率水平具体为：

n=N_LηPg，

式中，n代表反击跳闸率水平，g代表击杆率。

10.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，选取n₁值为12，则统计12个相角区间的耐雷概率。

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