CN105929264A - 一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，包括以下步骤：1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息；2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，得各分段处导地线的相对几何位置信息；3)给定750kV输电线路的地理信息；4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率；5)不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。本发明能够准确的评估出750kV输电线路雷电绕击性能。

Description

一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法

技术领域

本发明属于750kV电力工程仿真计算领域，涉及一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法。

背景技术

ATP-EMTP程序是国际通用的先进的图形化的电磁暂态计算程序。该程序由世界各国参与研发，程序的准确性得到世界公认，并由IEC71-4导则予以推荐和确认，国内外研究机构均采用该程序进行电磁暂态的仿真计算。ATP-EMTP的基本算法：根据元件的不同特性，建立相应的代数方程，常微分方程和偏微分方程，利用梯形积分法将电感、电容、电源等集中参数元件化成电阻性网络，对于传输线等分布性参数利用其上的波过程的特征线方程，经过一定的转换，把分布参数的线段也等效为电阻性网络，则其相应的方程也变为代数方程，进一步形成节点导纳矩阵；然后采用优化结点编号技术和稀疏矩阵算法，以节点电压为未知量，利用矩阵三角分解求解，最后求得各支路的电流、电压和所有消耗的功率、能量。在稳态计算中应将非线性元件线性化，包括利用简单的迭代进行潮流计算。

电气几何模型(EGM)是当今国际上流行的分析绕击率的方法。它以雷击机理的现代知识作为基础。其基本原理建立在下列基本概念和假设基础上。

(1)由雷云向地面发展的先导通道头部到达被击物体的临界击穿距离－击距以前，击中点是不确定的。先到哪个物体的击距内，即向该物体放电。

(2)击距rs是雷电流幅值I的函数。各国采用此函数关系不完全相同。考虑了下列4种函数关系式，取其最严重者，并考虑10％误差。

(a)rs＝7.1I0.75(Whitehead)

(b)rs＝8I0.65(IEEE工作组)

(c)rs＝10I0.65(美国)

(d)rs＝6.72I0.8(日本)

(3)先导接近地面时的入射角ψ服从某一给定的概率分布函数。其分布概率

图1为雷击线路的电气几何模型，其中，S为地线，C为导线，α为保护角，对于不同的雷电流幅值I_i，由上述关系式可算出相应的击距r_si。当先导头部进入B_iC_i弧面，放电将击向地线。当先导头部进入C_iD_i弧面则击中导线，即发生绕击。所以C_iD_i弧面称为暴露面。当先导头部进入D_iE_i平面，则击中大地。

随着雷电流幅值的增大，暴露弧C_iD_i逐渐缩小。当雷电流增大到I_m时暴露弧缩小为零。此时雷或击中地线，或击中大地，不再发生绕击。I_m称为最大绕击电流。相应的击距称为最大击距R_sm，一般情况下击距并非所有的绕击都会引起绝缘的闪络，只有当雷电流在导线上引起的电压U_c(包括工作电压)大于绝缘放电电压时，即U_c＝I0Z_c/2.2+E_m≥U₅₀才会闪络，I₀为最小危险绕击电流。对应雷电流I及击距r_s，在一定的r_s下，暴露弧在地面的投影见，参考图2，线路地平面上(水平方向，地面倾斜角为零时)的相应暴露面积为：

$\mathrm{\χ}={\∫}_{{\mathrm{\θ}}_2}^{{\mathrm{\θ}}_1}{\∫}_{{\mathrm{\ψ}}_2\left(\mathrm{\θ}\right)}^{{\mathrm{\ψ}}_1\left(\mathrm{\θ}\right)}\frac{r_s\·sin(\mathrm{\θ}-\mathrm{\ψ})}{cos\mathrm{\ψ}}g\left(\mathrm{\ψ}\right)d\mathrm{\ψ}d\mathrm{\θ}$

考虑不同雷电流的出现概率，即

${\mathrm{\χ}}^{\′}={\∫}_{I_0}^k\mathrm{\χ}P\left(I\right)dI$

其中，P(I)为雷电流I的概率分布密度，为危险绕击率，式中W为引雷宽度。当地面倾斜角不为零时，其计算要复杂些，但基本原理是相同的。

近年来，相关的研究院所及高校对750kV线路的雷电绕击性能进行了仿真研究，但其提出的仿真计算方法大多是在一般线路的计算方法上进行杆塔模型的修正，且未形成完整、统一的仿真方法，且在仿真计算中没有考虑多种因素下线路雷电绕击性能影响，然而仿真计算得到结果精度不高，其雷电性能评估结论也未应用至750kV线路的设计中。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，该方法能够准确的评估出750kV输电线路雷电绕击性能。

为达到上述目的，本发明所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法包括以下步骤：

1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息，所述750kV输电线路信息包括750kV输电线路的基本信息、750kV输电线路的结构特征及750kV输电线路的绝缘特征；

2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，再根据750kV输电线路的基本信息及750kV输电线路的结构特征得各分段处导地线的相对几何位置信息；

3)根据将750kV输电线路的档距划分为若干分段的结果给定750kV输电线路的地理信息；

4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，再根据步骤2)得到的各分段处导地线相对几何位置信息以及步骤3)得到的750kV输电线路的地理信息、750kV输电线路的绝缘特征计算得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，其中，

不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率为各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值；

不同相位导线工作电压下各档距的雷电绕击跳闸率为对应档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值；

750kV输电线路的雷电绕击跳闸率为750kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加权平均值；

5)根据步骤4)得到的各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值、各档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值以及750kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加权平均值得各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差，然后根据各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。

输电线路的基本信息包括输电线路的名称、电压等级、总长度及各档距线路内的分段数；

输电线路的结构特征包括输电线路中杆塔塔型、导地线型号、导地线弧垂、档距长度及绝缘子串结构串长。

输电线路的绝缘特征包括绝缘子串闪络电压及最短空气间隙闪络电压。

输电线路地理信息包括各杆塔处的海拔高度、沿线各分段处的海拔高度、垂直线路方向上距杆塔不同距离处的海拔高度及垂直线路方向上距沿线各分段不同距离位置处的海拔高度。

步骤2)中将750kV输电线路的档距划分为10个分段。

步骤4)中导线工作电压相位的变化范围为0°-360°。

本发明具有以下有益效果：

本发明所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法在操作时，针对750kV输电线路杆塔的塔高较高、导线跨越档距较长的特点，将750kV输电线路的档距划分为若干分段，使750kV输电线路进行细分，提高地线跟杆塔连接时在工频电压作用下的环流电流仿真计算精度，同时将导线工作电压相位划分为若干区段，计算不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，然后再根据不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。需要说明的是，本发明对750kV输电线路及导线工作电压相位进行细分，从而有效的提高仿真的精度，实现750kV输电线路雷电绕击性能准确评估，计算结果能够适用于指导工程的科学设计。

附图说明

图1为雷击线路的电气几何模型；

图2为计算雷绕击线路导线概率的电气几何模型示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法包括以下步骤：

1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息，所述750kV输电线路信息包括750kV输电线路的基本信息、750kV输电线路的结构特征及750kV输电线路的绝缘特征，其中，输电线路的基本信息包括输电线路的名称、电压等级、总长度及各档距线路内的分段数；输电线路的结构特征包括输电线路中杆塔塔型、导地线型号、导地线弧垂、档距长度及绝缘子串结构串长；输电线路的绝缘特征包括绝缘子串闪络电压及最短空气间隙闪络电压；

2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，再根据750kV输电线路的基本信息及750kV输电线路的结构特征得各分段处导地线的相对几何位置信息，其中，将750kV输电线路的档距划分为10个分段；

3)根据将750kV输电线路的档距划分为若干分段的结果给定750kV输电线路的地理信息，其中，输电线路地理信息包括各杆塔处的海拔高度、沿线各分段处的海拔高度、垂直线路方向上距杆塔不同距离处的海拔高度及垂直线路方向上距沿线各分段不同距离位置处的海拔高度；

4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，其中，导线工作电压相位的变化范围为0°-360°，再根据步骤2)得到的各分段处导地线相对几何位置信息以及步骤3)得到的750kV输电线路的地理信息、750kV输电线路的绝缘特征计算得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，其中，

不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率为各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值；

不同相位导线工作电压下各档距的雷电绕击跳闸率为对应档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值；

750kV输电线路的雷电绕击跳闸率为750kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加权平均值；

5)根据步骤4)得到的各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值、各档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值以及750kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加权平均值得各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差，然后根据各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。

需要说明的是，本发明针对750kV输电线路杆塔的塔高较高、导线跨越档距较长、杆塔引起雷电绕击概率较高、且发生雷击事故后不易维修、更换电力设备的特点。提出了调整工作电压相位角使得雷电绕击线路时所有工频电压幅值涵盖在仿真计算中，更精确的评估输电线路的雷电绕击性能，使计算结果适用于指导工程的科学设计。同时针对750kV输电线路的杆塔高度较高的特点，将杆塔各部分、各段的不同波阻抗进行细分，提高地线跟杆塔连接时在工频电压作用下的环流电流仿真计算精度，最后根据评估的结果找出整条750kV输电线路中防雷薄弱点，并提出不同地区、不同条件下，750kV输电线路应采用的差异化防雷措施，优化工程设计，节省工程投资。

Claims (7)

1.一种750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)获取进行雷电绕击性能校核的750kV输电线路信息，所述750kV输电线路信息包括750kV输电线路的基本信息、750kV输电线路的结构特征及750kV输电线路的绝缘特征；

2)将750kV输电线路的档距划分为若干分段，再根据750kV输电线路的基本信息及750kV输电线路的结构特征得各分段处导地线的相对几何位置信息；

3)根据将750kV输电线路的档距划分为若干分段的结果给定750kV输电线路的地理信息；

4)将750kV输电线路中的导线工作电压相位划分为若干区段，再根据步骤2)得到的各分段处导地线相对几何位置信息以及步骤3)得到的750kV输电线路的地理信息、750kV输电线路的绝缘特征计算得到不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率，其中，

不同相位导线工作电压下各分段线路的雷电绕击跳闸率为各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值；

不同相位导线工作电压下各档距的雷电绕击跳闸率为对应档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值；

750kV输电线路的雷电绕击跳闸率为750kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加权平均值；

5)根据步骤4)得到的各分段线路在不同导线工作电压下雷电绕击跳闸率的加权平均值、各档距内各分段线路雷电绕击跳闸率的加权平均值以及750kV输电线路中所有档距雷电绕击跳闸率的加权平均值得各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差，然后根据各档距的雷电绕击跳闸率相对偏差确定输电线路的雷电绕击薄弱点，完成750kV输电线路雷电绕击性能评估。

2.根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线路的基本信息包括输电线路的名称、电压等级、总长度及各档距线路内的分段数。

3.根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线路的结构特征包括输电线路中杆塔塔型、导地线型号、导地线弧垂、档距长度及绝缘子串结构串长。

4.根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线路的绝缘特征包括绝缘子串闪络电压及最短空气间隙闪络电压。

5.根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，输电线路地理信息包括各杆塔处的海拔高度、沿线各分段处的海拔高度、垂直线路方向上距杆塔不同距离处的海拔高度及垂直线路方向上距沿线各分段不同距离位置处的海拔高度。

6.根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，步骤2)中将750kV输电线路的档距划分为10个分段。

7.根据权利要求1所述的750kV输电线路雷电绕击性能评估方法，其特征在于，步骤4)中导线工作电压相位的变化范围为0°-360°。