CN104866672A - 一种变电站防雷保护避雷针的智能设置方法 - Google Patents

Abstract

一种变电站防雷保护避雷针的智能设置方法。其包括建立能够兼容CAD和三维展示的界面；建立防雷计算输入输出及中间结果数据库；在计算平台上编写关于避雷针布置计算的程序，建立避雷针布置计算系统；利用上述计算系统进行避雷针防雷保护计算及计算结果展示。本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法的效果：本发明采用了形象的CAD界面和灵活的输入输出接口交互式结构，设计人员根据图纸的布局可以灵活确定避雷针的设置位置，不需手动计算即可由算法自动计算避雷针设置方案，并能够自动输出防雷计算结果表，对计算结果加以三维展示，具有准确、高效、灵活、形象的特点。

Description

一种变电站防雷保护避雷针的智能设置方法

技术领域

本发明属于电网规划设计防雷计算技术领域，特别是涉及一种变电站防雷保护避雷针的智能设置方法。

背景技术

近年来，随着我国电力事业的发展，对变电站智能化要求不断提高。智能变电站采用先进、可靠、集成、低碳、环保的智能设备，以全站信息数字化、通信平台网络化、信息共享标准化为基本要求，自动完成信息采集、测量、控制、保护、计量和监测等基本功能，并可根据需要根持电网实时自动控制、智能调节、在线分析决策、协同互动等高级功能，实现与相邻变电站、电网调度等互动。

智能设备越是先进，芯片的集成度就越高，电路就越复杂，工作电压越低，对环境稳定性的要求也越高。雷击事件由于其极高的电压幅值和不可预测性，极大地威胁智能变电站的运行安全。因此，在智能变电站中，为保护建筑物及设备安全，提高其供电可靠性，优化防雷保护设计方案，加强防雷保护安全措施，最大程度地减少雷击事故的发生，有着极其重要的意义。

当前变电站的防雷保护有以下几种方法，装设避雷针保护整个变配电站建筑物以免使其直接受到雷击；装设架空避雷线及其它避雷装置作为变电站进线段的防雷保护；装设阀型避雷器对沿线路侵入变电所的雷电波进行防护；低压侧装设避雷器。通常避雷针的设置要在站区内选择合理的位置。目前常用的防雷保护计算方法有手算算法和计算机算法，但是手算算法耗时费力，精度有限；计算机算法大多集成在较大软件中，购买成本较高。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种变电站防雷保护避雷针的智能设置方法。

为了达到上述目的，本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)建立展示界面：建立能够兼容CAD和三维展示的界面；

步骤2)建立数据库：建立防雷计算输入输出及中间结果数据库，依据防雷保护计算涉及的参数及输入输出结果，逐个建立数据库的流动计算数据表，即输入、输出及相关中间结果表，并保证每次开始新一轮的计算时将流动计算数据表清空；

步骤3)建立计算系统：在计算平台上编写关于避雷针布置计算的程序，建立避雷针布置计算系统；包括设定输入输出接口及相关界面，设定算法，进行避雷针的布置计算，计算过程中要对其布置的合理性进行校验；

步骤4)计算展示结果：利用上述计算系统进行避雷针防雷保护计算及计算结果展示；在计算平台上将计算结果形象地体现在图纸上，并输出防雷计算结果表，由此实现防雷保护的三维展示功能。

在步骤2)中，所述的数据库为Access数据表，所有表格为.mdb格式；其中输入表包括：避雷针位置坐标存储表，存储所选择点的横、纵坐标；计算数据输入表，存储用于防雷计算的包括被保护物高度、两避雷针间距离在内的各种参数；输出表，存储包括避雷针的保护范围即保护半径在内的相关结果数据；中间结果表，存储中间计算的一些对比数据。

在步骤3)中，所述的算法为：

一.单根避雷针的保护范围：

b)避雷针在地面上的保护半径由式(1)确定：

r＝1.5hP  (1)

式中：r—保护半径，m；h—避雷针的高度，m；P—高度影响系数，h≤30m，P＝1；30m<h≤120m，当h>120m时，取其等于120m；

b)在被保护高度h_x水平面上的保护半径由式(2)确定：

1)当h_x≥0.5h时，

r_x＝(h-h_x)P＝h_aP  (2)

式中：r_x—避雷针在h_x水平面上的保护半径；

h_x—被保护物的高度，m；

h_a—避雷针的有效高度，m；

2)当h_x＜0.5h时，

r_x＝(1_.5h-2h_x)P  (3)

二.两根等高避雷针的保护范围：

a)两避雷针外侧的保护范围应按单根避雷针的计算方法确定；

b)两避雷针间的保护范围应按通过两避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为R′_o；O点为假想避雷针的顶点，其高度由式(4)确定：

$h_o=h-\frac{D}{7P}---\left(4\right)$

式中：ho—两避雷针间保护范围上部边缘最低点高度，m；

D—两避雷针间的距离，m；

两避雷针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第9页图4确定；当b_x>r_x时，取b_x＝r_x；

两避雷针间距离与针高之比D/h不宜大于5；

三.多根等高避雷针的保护范围：

a)三根等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两根等高避雷针的计算方法确定；如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护；

b)四根及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三根等高避雷针的方法计算；如各边的保护范围一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积即受到保护；

四.不等高避雷针的保护范围：

a)两根不等高避雷针外侧的保护范围应分别按单根避雷针的计算方法确定；

b)两根不等高避雷针间的保护范围应按单根避雷针的计算方法，先确定较高避雷针的保护范围，然后由较低避雷针的顶点做水平线与较高避雷针的保护范围相交于一点，取交点作为等效避雷针的顶点，再按两根等高避雷针的计算方法确定较低避雷针和等效避雷针间的保护范围；通过较低避雷针和等效避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧，其弓高应按式(5)计算：

$f=\frac{D^{\&prime;}}{7P}---\left(5\right)$

式中：f—圆弧的弓高，m；

D′—较低避雷针和等效避雷针间的距离，m；

c)对多根不等高避雷针所形成的多角形，各相邻两避雷针的外侧保护范围按两根不等高避雷针的计算方法确定；三根不等高避雷针，如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护；四根及以上不等高避雷针所形成的多角形，其内侧保护范围可按照等高避雷针的方法确定；

五.山地和坡地上的避雷针的保护范围按式(1)～(3)的计算结果和依DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》确定的bx乘以系数0.75求得；式(5)可修改为

六.相互靠近的避雷针的联合保护范围按下列方法确定：

避雷针外侧保护范围分别按单避雷针的保护范围确定，内侧首先将不等高避雷针划为等高避雷针，然后将等高避雷针视为等高避雷线计算其保护范围。

本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法的效果：

本发明采用了形象的CAD界面和灵活的输入输出接口交互式结构，设计人员根据图纸的布局可以灵活确定避雷针的设置位置，不需手动计算即可由算法自动计算避雷针设置方案，并能够自动输出防雷计算结果表，对计算结果加以三维展示，具有准确、高效、灵活、形象的特点。

附图说明

图1为本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法中避雷针防雷保护计算的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法进行详细说明。

本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法包括按顺序执行的下列步骤：

步骤1)建立展示界面：建立能够兼容CAD和三维展示的界面，当前的图形处理工具、软件有很多，选择一种能够兼容CAD和三维展示的软件界面，可以借助编程来实现界面的特异化；

步骤2)建立数据库：建立防雷计算输入输出及中间结果数据库，依据防雷保护计算涉及的参数及输入输出结果，逐个建立数据库的流动计算数据表，即输入输出及相关中间结果表，并保证每次开始新一轮的计算时将流动计算数据表清空；

步骤3)建立计算系统：在计算平台上编写关于避雷针布置计算的程序，建立避雷针布置计算系统；包括设定输入输出接口及相关界面，设定算法，进行避雷针的布置计算，计算过程中要对其布置的合理性进行校验；

步骤4)计算展示结果：利用上述计算系统进行避雷针防雷保护计算及计算结果展示；在计算平台上将计算结果形象地体现在图纸上，并输出防雷计算结果表，由此实现防雷保护的三维展示功能。

在步骤1)中，所述的展示界面为互动界面，最上层设置为菜单栏，下面放置工具栏，整体界面中间为显示栏，下方为命令栏，整体功能布局可以充分利用本体的CAD功能，并且整个界面能够与用户自由交互。

在步骤2)中，所述的数据库为Access数据表，所有表格为.mdb格式，这样能够与当前的各种计算机语言交互，且能够实现大数据量的存储和转换，其中输入表包括：避雷针位置坐标存储表，存储所选择点的横、纵坐标，命名为GIS_IN_DATA.MDB；计算数据输入表，命名为JS_IN_DATA.MDB，存储用于防雷计算的各种参数，如被保护物高度、两避雷针间距离；输出表，命名为JG_OUT_DATA，存储相关结果数据，如避雷针的保护范围(即保护半径)；中间结果表，命名为ZHJ_OUT_DATA.MDB，存储中间计算的一些对比数据，可直接将计算结果与该中间对比数据进行对比，以判断计算结果的正确性，从而决定是否在输出表中输出结果。以上表格中能够同时含有一次计算中几个避雷针的数据。在每开始新一轮的计算之前，要对以上所有表格进行清空。

在步骤3)中，所述的算法为：

1、单根避雷针的保护范围：

c)避雷针在地面上的保护半径由式(1)确定：

r＝1.5hP  (1)

式中：r—保护半径，m；h—避雷针的高度，m；P—高度影响系数，h≤30m，P＝1；30m<h≤120m，当h>120m时，取其等于120m。

b)在被保护高度h_x水平面上的保护半径由式(2)确定：

1)当h_x≥0.5h时，

r_x＝(h-h_x)P＝h_aP  (2)

式中：r_x—避雷针在h_x水平面上的保护半径；

h_x—被保护物的高度，m；

h_a—避雷针的有效高度，m。

2)当h_x＜0.5h时，

r_x＝(1.5h-2h_x)P  (3)

2.两根等高避雷针的保护范围：

a)两避雷针外侧的保护范围应按单根避雷针的计算方法确定。

b)两避雷针间的保护范围应按通过两避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为R′_o。O点为假想避雷针的顶点，其高度由式(4)确定：

$h_o=h-\frac{D}{7P}---\left(4\right)$

式中：ho—两避雷针间保护范围上部边缘最低点高度，m；

D—两避雷针间的距离，m；

两避雷针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第9页图4确定。当b_x>r_x时，取b_x＝r_x。

两避雷针间距离与针高之比D/h不宜大于5。

3.多根等高避雷针的保护范围：

a)三根等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两根等高避雷针的计算方法确定。如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护。

b)四根及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三根等高避雷针的方法计算。如各边的保护范围一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积即受到保护。

4.不等高避雷针的保护范围：

a)两根不等高避雷针外侧的保护范围应分别按单根避雷针的计算方法确定。

b)两根不等高避雷针间的保护范围应按单根避雷针的计算方法，先确定较高避雷针的保护范围，然后由较低避雷针的顶点做水平线与较高避雷针的保护范围相交于一点，取交点作为等效避雷针的顶点，再按两根等高避雷针的计算方法确定较低避雷针和等效避雷针间的保护范围。通过较低避雷针和等效避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧，其弓高应按式(5)计算：

$f=\frac{D^{\&prime;}}{7P}---\left(5\right)$

式中：f—圆弧的弓高，m；

D′—较低避雷针和等效避雷针间的距离，m；

c)对多根不等高避雷针所形成的多角形，各相邻两避雷针的外侧保护范围按两根不等高避雷针的计算方法确定；三根不等高避雷针，如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护；四根及以上不等高避雷针所形成的多角形，其内侧保护范围可按照等高避雷针的方法确定。

5.山地和坡地上的避雷针，由于地形、地质、气象及雷电活动的复杂性，避雷针的保护范围应有所减小，避雷针的保护范围可按式(1)～(3)的计算结果和依DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》确定的bx乘以系数0.75求得；式(5)可修改为

利用山势设立的远离被保护物的避雷针不得作为主要保护装置。

6.相互靠近的避雷针的联合保护范围可近似按下列方法确定：

避雷针外侧保护范围分别按单避雷针的保护范围确定。内侧首先将不等高避雷针划为等高避雷针，然后将等高避雷针视为等高避雷线计算其保护范围。

以上系根据电力规范DL/T620的要求进行防雷保护计算，并根据规范要求校验避雷针设置的合理性。

如图1所示，在步骤4)中，所述的避雷针防雷保护计算方法包括下列步骤：

步骤4.1)选择保护区域：在展示界面上框选避雷针要保护的配电装置区域；

步骤4.2)设置避雷针根数：根据步骤4.1)选择区域手动设置避雷针根数>＝1，手动设置被保护物高度；即在计算平台上根据CAD手动选择的保护区域设置避雷针的根数，手动设置被保护物高度；

步骤4.3)计算避雷针高度：系统根据站区内点坐标及步骤4.1中手动选择保护的区域确定避雷针的位置，在所选的大概区域中优先整数点坐标进行步骤3)所述算法的计算，得出最优的组合设置结果，并自动计算所需避雷针高度；

步骤4.4)布置避雷针位置：在系统中自动布置避雷针的位置，手动拾取需要配置避雷针的大概位置；

步骤4.5)生成计算结果表并导出效果图：避雷针布置计算系统根据需要生成变电站防雷保护计算结果表和图纸导出，并将计算结果加以图形展示和三维展示，自动导出CAD图纸。

本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法是针对目前电网规划设计防雷计算中存在的问题，提出一种基于CAD图纸，以数据库存储的形式，设定算法自动计算避雷针保护范围的智能防雷保护方法。该方法可以大大提高电网规划设计防雷计算效率和准确性，并对计算结果加以三维展示，更具直观性。

本发明提供的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法在保证准确、高效的计算全站防雷保护区域的同时，能够结合CAD图纸进行三维动态展示。

Claims (3)

1.一种变电站防雷保护避雷针的智能设置方法，其特征在于：其包括按顺序进行的下列步骤：

步骤1)建立展示界面：建立能够兼容CAD和三维展示的界面；

步骤2)建立数据库：建立防雷计算输入输出及中间结果数据库，依据防雷保护计算涉及的参数及输入输出结果，逐个建立数据库的流动计算数据表，即输入、输出及相关中间结果表，并保证每次开始新一轮的计算时将流动计算数据表清空；

步骤3)建立计算系统：在计算平台上编写关于避雷针布置计算的程序，建立避雷针布置计算系统；包括设定输入输出接口及相关界面，设定算法，进行避雷针的布置计算，计算过程中要对其布置的合理性进行校验；

步骤4)计算展示结果：利用上述计算系统进行避雷针防雷保护计算及计算结果展示；在计算平台上将计算结果形象地体现在图纸上，并输出防雷计算结果表，由此实现防雷保护的三维展示功能。

2.根据权利要求1所述的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法，其特征在于：在步骤2)中，所述的数据库为Access数据表，所有表格为.mdb格式；其中输入表包括：避雷针位置坐标存储表，存储所选择点的横、纵坐标；计算数据输入表，存储用于防雷计算的包括被保护物高度、两避雷针间距离在内的各种参数；输出表，存储包括避雷针的保护范围即保护半径在内的相关结果数据；中间结果表，存储中间计算的一些对比数据。

3.根据权利要求1所述的变电站防雷保护避雷针的智能设置方法，其特征在于：在步骤3)中，所述的算法为：

一.单根避雷针的保护范围：

a)避雷针在地面上的保护半径由式(1)确定：

r＝1.5hP            (1)

式中：r—保护半径，m；h—避雷针的高度，m；P—高度影响系数，h≤30m，P＝1；30m<h≤120m，当h>120m时，取其等于120m；

b)在被保护高度hx水平面上的保护半径由式(2)确定：

1)当h_x≥0.5h时，

r_x＝(h-h_x)P＝h_aP               (2)

式中：r_x—避雷针在h_x水平面上的保护半径；

h_x—被保护物的高度，m；

h_a—避雷针的有效高度，m；

2)当h_x＜0.5h时，

r_x＝(1.5h-2h_x)P              (3)

二.两根等高避雷针的保护范围：

a)两避雷针外侧的保护范围应按单根避雷针的计算方法确定；

b)两避雷针间的保护范围应按通过两避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定，圆弧的半径为R′_o；O点为假想避雷针的顶点，其高度由式(4)确定：

$h_o=h-\frac{D}{7P}---\left(4\right)$

式中：ho—两避雷针间保护范围上部边缘最低点高度，m；

D—两避雷针间的距离，m；

两避雷针间hx水平面上保护范围的一侧最小宽度应按DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》第9页图4确定；当b_x>r_x时，取b_x＝r_x；

两避雷针间距离与针高之比D/h不宜大于5；

三.多根等高避雷针的保护范围：

a)三根等高避雷针所形成的三角形的外侧保护范围应分别按两根等高避雷针的计算方法确定；如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护；

b)四根及以上等高避雷针所形成的四角形或多角形，可先将其分成两个或数个三角形，然后分别按三根等高避雷针的方法计算；如各边的保护范围一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积即受到保护；

四.不等高避雷针的保护范围：

a)两根不等高避雷针外侧的保护范围应分别按单根避雷针的计算方法确定；

b)两根不等高避雷针间的保护范围应按单根避雷针的计算方法，先确定较高避雷针的保护范围，然后由较低避雷针的顶点做水平线与较高避雷针的保护范围相交于一点，取交点作为等效避雷针的顶点，再按两根等高避雷针的计算方法确定较低避雷针和等效避雷针间的保护范围；通过较低避雷针和等效避雷针顶点及保护范围上部边缘最低点的圆弧，其弓高应按式(5)计算：

$f=\frac{D^{\&prime;}}{7P}---\left(5\right)$

式中：f—圆弧的弓高，m；

D′—较低避雷针和等效避雷针间的距离，m；

c)对多根不等高避雷针所形成的多角形，各相邻两避雷针的外侧保护范围按两根不等高避雷针的计算方法确定；三根不等高避雷针，如在三角形内被保护物最大高度hx水平面上，各相邻避雷针间保护范围的一侧最小宽度bx≥0时，则全部面积受到保护；四根及以上不等高避雷针所形成的多角形，其内侧保护范围可按照等高避雷针的方法确定；

五.山地和坡地上的避雷针的保护范围按式(1)～(3)的计算结果和依DL/T 620—1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》确定的bx乘以系数0.75求得；式(5)可修改为

六.相互靠近的避雷针的联合保护范围按下列方法确定：

避雷针外侧保护范围分别按单避雷针的保护范围确定，内侧首先将不等高避雷针划为等高避雷针，然后将等高避雷针视为等高避雷线计算其保护范围。