CN107271856A - 架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法 - Google Patents
架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法。目前判断一次雷击事件并联间隙是否对绝缘子起到有效保护的方法是通过人工登塔巡线方式，查找绝缘子表面有无雷击烧伤痕迹，该方法耗费较多人力、且效率低下。本发明通过雷电定位系统获得一次雷击事件的雷电流幅值，计算得到绝缘子与并联间隙承受的雷电冲击电压幅值，结合并联间隙在不同雷电冲击电压幅值下的保护有效性规律，对该次雷击事件并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护是否有效进行判断。本发明依靠计算对并联间隙保护有效性进行判断，不耗费人力、效率更高。
Description
技术领域
本发明涉及110kV以上架空线路盘型悬式绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，具体地说是一种基于雷击事件雷电冲击电压计算和并联间隙雷电冲击放电特性的并联间隙保护有效性判断方法。
背景技术
并联间隙已经较多地安装于架空线路盘型悬式绝缘子两端，在线路遭受雷击时将放电电弧固定于间隙两端，保护盘型悬式绝缘子不受电弧损伤。针对一次雷击跳闸事件，判断并联间隙对绝缘子的保护是否有效有着重要意义。如果保护失效，则需要对绝缘子进行检查，判断绝缘子是否出现伞裙破裂、严重灼伤等情况；如果出现上述情况，则需要对绝缘子进行更换处理。
目前判断一次雷击事件并联间隙是否对绝缘子起到有效保护的方法是通过人工登塔巡线方式，查找绝缘子表面有无雷击烧伤痕迹；如果绝缘子表面无烧伤痕迹，则判断并联间隙保护有效；如果绝缘子表面有烧伤痕迹，则判断并联间隙保护失效。该方法耗费较多人力、且效率低下。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服上述现有技术存在的缺陷，提供一种基于雷击事件雷电冲击电压计算和并联间隙雷电冲击放电特性的并联间隙保护有效性判断方法，其通过分析计算一次雷击跳闸事件的雷击冲击过电压，结合通过雷电冲击放电试验得到的并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性规律，对该次雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性进行判断。
为此，本发明采用的技术方案如下：架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其包括如下步骤：
a)针对一次雷击跳闸，通过电力系统故障定位装置获得跳闸相别，通过雷电定位系统查询获得对应的雷击事件，获得遭受雷击杆塔号及其该次雷击的雷电流幅值I；
b)通过设计资料获得遭受雷击杆塔的雷电反击耐雷水平If、杆塔接地电阻、档距，以及各相导线、避雷线的空间位置、避雷线半径及弧垂、导线弧垂；
c)判断该次雷击跳闸为雷电反击造成还是雷电绕击造成；
d)对该次雷击跳闸中跳闸相绝缘子与并联间隙承受的雷电冲击电压幅值进行计算；
e)通过雷电冲击放电试验获取所述并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性概率与承受雷电冲击电压幅值的关系；
f)利用步骤d)计算得到的并联间隙承受雷电冲击电压幅值对该次雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性概率进行计算；
g)判断该次雷击跳闸事件中，并联间隙对盘型悬式绝缘子保护是否有效。
本发明通过分析雷击跳闸事件雷电冲击电压，利用通过雷电冲击放电试验得到的并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性与雷电冲击电压的关系，对雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性进行判断。
进一步地，步骤c)中，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成还是雷电绕击造成的方法为：如果该次雷击的雷电流幅值I大于该基杆塔的雷电反击耐雷水平If，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成；如果该次雷击的雷电流幅值I小于该基杆塔的雷电反击耐雷水平If，判断该次雷击跳闸为雷电绕击造成。
进一步地，步骤d)中，所述雷电冲击电压幅值的计算式为：
式中，k＝k1k0，k0为导线、避雷线几何耦合系数，k1为电晕校正系数，ha为横担高度，ht为杆塔总高，hc为导线平均高度，hg为避雷线平均高度，所述高度的单位为m；β为分流系数；Lt为杆塔电感，单位为μH；Ri为杆塔冲击接地电阻，单位为Ω；a为该次雷击事件雷电流陡度，单位为kA/μs；其中I为雷电流幅值，单位为kA。
进一步地，所述导线平均高度hc的计算式为：
其中，hgc为杆塔上导线安装高度，Fc为导线弧垂；
所述的避雷线平均高度hg的计算式为：
其中，hgg为杆塔上避雷线安装高度，Fg为避雷线弧垂。
进一步地，所述的导线、避雷线电晕校正系数k1的取值如下表1所示：
表1导线、避雷线电晕校正系数k1取值
所述导线、避雷线几何耦合系数k0的计算区分单、双避雷线情况进行，对于单避雷线，计算式为：
其中，D为避雷线与导线镜像之间的距离，d为避雷线与导线之间的距离，hg为避雷线平均高度，r1为避雷线半径，所述避雷线的高度采用平均高度hg，导线的高度采用平均高度hc；
对于双避雷线，计算式为：
其中，D12为第一避雷线与导线镜像之间的距离，d12为第一避雷线与导线之间的距离；D23为第二避雷线与导线镜像之间的距离，d23为第二避雷线与导线之间的距离；D13为第一避雷线与第二避雷线镜像之间的距离，d13为第一避雷线与第二避雷线之间的距离，hg为避雷线平均高度，r1为避雷线半径；所述避雷线的高度采用平均高度hg，导线的高度采用平均高度hc。
进一步地，所述的杆塔电感Lt的取值为：
Lt＝L0·ht，
其中，L0为杆塔单位高度电感。
各种常见杆塔单位高度电感L0取值如表2：
表2单位高度杆塔电感
进一步地，所述的分流系数β的计算式为：
其中τt为2.6μs，Lg为杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值，单位为μH，单避雷线Lg等于0.65-0.70l，双避雷线Lg等于0.40-0.45l，l为档距长度，单位为m。
进一步地，所述的雷电流陡度a的计算式为：
a＝3.9I0.55。
进一步，步骤e)中，所述的并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性概率Pb与承受雷电冲击电压幅值U0的关系为：
Pb＝f(U0)，
Pb的具体表达式由盘型悬式绝缘子并联间隙雷电冲击放电试验得到。
进一步，步骤f)中，所述的该次雷击事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性概率Pb为：
Pb＝f(UA)；
进一步，步骤g)中，所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法为：
与传统技术相比，本发明通过计算雷击跳闸事件的雷电冲击电压、结合利用雷电冲击放电试验得到并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性规律来对该次雷击跳闸事件中并联间隙的保护有效性进行判断，可以大大提升判断效率。
附图说明
图1为本发明的流程图；
图2为本发明计算雷电冲击电压时单避雷线线路的几何耦合系数示意图；
图3为本发明计算雷电冲击电压时双避雷线线路的几何耦合系数示意图；
图4为本发明应用例中杆塔及导线空间结构图。
具体实施方式
下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。
实施例
一种架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其步骤如下：
a)针对一次雷击跳闸，通过电力系统故障定位装置获得跳闸相别，通过雷电定位系统查询获得对应的雷击事件，获得遭受雷击杆塔号及其该次雷击的雷电流幅值I；
b)通过设计资料获得遭受雷击杆塔的雷电反击耐雷水平If、杆塔接地电阻、档距，以及各相导线、避雷线的空间位置、避雷线半径及弧垂、导线弧垂；
c)判断该次雷击跳闸为雷电反击造成还是雷电绕击造成；
d)对该次雷击跳闸中跳闸相绝缘子与并联间隙承受的雷电冲击电压幅值进行计算；
e)通过雷电冲击放电试验获取所述并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性概率与承受雷电冲击电压幅值的关系；
f)利用步骤d)计算得到的并联间隙承受雷电冲击电压幅值对该次雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性概率进行计算；
g)判断该次雷击跳闸事件中，并联间隙对盘型悬式绝缘子保护是否有效。
步骤c)中，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成还是雷电绕击造成的方法为：如果该次雷击的雷电流幅值I大于该基杆塔的雷电反击耐雷水平If，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成；如果该次雷击的雷电流幅值I小于该基杆塔的雷电反击耐雷水平If，判断该次雷击跳闸为雷电绕击造成。
步骤d)中，所述雷电冲击电压幅值的计算式为：
式中，k＝k1k0，k0为导线、避雷线几何耦合系数，k1为电晕校正系数，ha为横担高度，ht为杆塔总高，hc为导线平均高度，hg为避雷线平均高度，所述高度的单位为m；β为分流系数；Lt为杆塔电感，单位为μH；Ri为杆塔冲击接地电阻，单位为Ω；a为该次雷击事件雷电流陡度，单位为kA/μs；其中I为雷电流幅值，单位为kA。
所述导线平均高度hc的计算式为：
其中，hgc为杆塔上导线安装高度，Fc为导线弧垂；
所述的避雷线平均高度hg的计算式为：
其中，hgg为杆塔上避雷线安装高度，Fg为避雷线弧垂。
所述的导线、避雷线电晕校正系数k1的取值如下表1所示：
| 标称电压 | 110kV | 220kV | 500kV |
| 双避雷线 | 1.2 | 1.25 | 1.28 |
| 单避雷线 | 1.25 | 1.3 | / |
所述导线、避雷线几何耦合系数k0的计算区分单、双避雷线情况进行，对于单避雷线，计算式为：
其中，D为避雷线与导线镜像之间的距离，d为避雷线与导线之间的距离，hg为避雷线平均高度，r1为避雷线半径，如图2所示；所述避雷线的高度采用平均高度hg，导线的高度采用平均高度hc；
对于双避雷线，计算式为：
其中，D12为第一避雷线与导线镜像之间的距离，d12为第一避雷线与导线之间的距离；D23为第二避雷线与导线镜像之间的距离，d23为第二避雷线与导线之间的距离；D13为第一避雷线与第二避雷线镜像之间的距离，d13为第一避雷线与第二避雷线之间的距离，hg为避雷线平均高度，r1为避雷线半径，如图3所示；所述避雷线的高度采用平均高度hg，导线的高度采用平均高度hc。
所述的杆塔电感Lt的取值为：
Lt＝L0·ht，
其中，L0为杆塔单位高度电感。
各种常见杆塔单位高度电感L0取值如表2：
表2单位高度杆塔电感
所述的分流系数β的计算式为：
其中τt为2.6μs，Lg为杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值，单位为μH，单避雷线Lg等于0.65-0.70l，双避雷线Lg等于0.40-0.45l，l为档距长度，单位为m。
所述的雷电流陡度a的计算式为：
a＝3.9I0.55。
步骤e)中，所述的并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性概率Pb与承受雷电冲击电压幅值U0的关系为：
Pb＝f(U0)，
Pb的具体表达式由盘型悬式绝缘子并联间隙雷电冲击放电试验得到。
步骤f)中，所述的该次雷击事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性概率Pb为：
Pb＝f(UA)，
步骤g)中，判断该次雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子保护是否有效的方法为：
应用例
以某220kV线路杆塔一次雷击跳闸为例，下面运用本发明所述的判断方法对该次雷击跳闸中并联间隙对该杆塔的盘型悬式绝缘子的保护有效性进行判断，具体步骤如下：
①通过电力系统故障定位装置获得跳闸相别为A相，通过雷电定位系统查询获得对应的雷击事件，获得遭受雷击杆塔号为#26，获得其该次雷击的雷电流幅值I为130kA。
②通过设计资料获得遭受雷击杆塔的雷电反击耐雷水平If为110.2kA、杆塔接地电阻Ri为7Ω，以及各相导线、避雷线的空间位置如图4，导线弧垂为12m，避雷线弧垂为7m，避雷线半径为5.5mm，档距为300m。
③该次雷击跳闸雷电流幅值大于该杆塔反击耐雷水平，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成。
④对该次雷击跳闸中跳闸相绝缘子与并联间隙承受的雷电冲击电压幅值进行计算，过程如下：
对该线路避雷线、导线平均高度进行计算，避雷线平均高度hg为：
导线平均高度hc为：
对该杆塔避雷线、导线耦合系数进行计算，由表1知避雷线与导线电晕耦合系数为k1为1.25，几何耦合系数k0为
因此k＝k0×k1＝0.296。
由表2可知，杆塔单位高度电感为0.5μH，因此杆塔等值电感Lt为：
Lt＝L0·ht＝0.5×29.1＝15.4μH
杆塔分流系数β为：
该次雷电流的陡度a为：
a＝3.9I0.55＝3.9×1300.55＝56.71kA/μs
杆塔A相承受的雷电冲击电压为：
⑤通过雷电冲击放电试验，得到该杆塔并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性Pb与雷电冲击电压幅值U0的关系为：
即如果U0小于1821kV，则并联间隙保护有效，如果U0大于1933kV，则并联间隙失效，如果U0在1821kV、1933kV之间，则并联间隙有一定的概率失效。
⑥本次雷击跳闸绝缘子承受雷电冲击电压幅值为1603.83kV，计算得到Pb＝1。
⑦根据Pb＝1，判断本次雷击并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效。
对于本领域的技术人员而言，阅读上述说明后，各种变化和修正无疑将显而易见。因此，所附的权利要求书应看作是涵盖本发明的真实意图和范围的全部变化和修正。在权利要求书范围内任何和所有等价的范围与内容，都应认为仍属本发明的意图和范围内。
Claims (10)
1.架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其包括如下步骤：
a)针对一次雷击跳闸，通过电力系统故障定位装置获得跳闸相别，通过雷电定位系统查询获得对应的雷击事件，获得遭受雷击杆塔号，获得其该次雷击的雷电流幅值I；
b)通过设计资料获得遭受雷击杆塔的雷电反击耐雷水平If、杆塔接地电阻、档距，以及各相导线、避雷线的空间位置、避雷线半径及弧垂、导线弧垂；
c)判断该次雷击跳闸为雷电反击造成还是雷电绕击造成；
d)对该次雷击跳闸中跳闸相绝缘子与并联间隙承受的雷电冲击电压幅值进行计算；
e)通过雷电冲击放电试验获取所述并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性概率与承受雷电冲击电压幅值的关系；
f)利用步骤d)计算得到的并联间隙承受雷电冲击电压幅值对该次雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性概率进行计算；
g)判断该次雷击跳闸事件中，并联间隙对盘型悬式绝缘子保护是否有效。
2.根据权利要求1所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，步骤c)中，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成还是雷电绕击造成的方法为：如果该次雷击的雷电流幅值I大于该基杆塔的雷电反击耐雷水平If，判断该次雷击跳闸为雷电反击造成；如果该次雷击的雷电流幅值I小于该基杆塔的雷电反击耐雷水平If，判断该次雷击跳闸为雷电绕击造成。
3.根据权利要求1或2所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，步骤d)中，所述雷电冲击电压幅值的计算式为：
式中，k＝k1k0，k0为导线、避雷线几何耦合系数，k1为电晕校正系数，ha为横担高度，ht为杆塔总高，hc为导线平均高度，hg为避雷线平均高度，所述高度的单位为m；β为分流系数；Lt为杆塔电感，单位为μH；Ri为杆塔冲击接地电阻，单位为Ω；a为该次雷击事件雷电流陡度，单位为kA/μs；其中I为雷电流幅值，单位为kA。
4.根据权利要求3所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，所述导线平均高度hc的计算式为：
<mrow>
<msub>
<mi>h</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mi>g</mi>
<mi>c</mi>
</mrow>
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<mo>-</mo>
<mfrac>
<mn>2</mn>
<mn>3</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>c</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，hgc为杆塔上导线安装高度，Fc为导线弧垂；
所述避雷线平均高度hg的计算式为：
<mrow>
<msub>
<mi>h</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
<msub>
<mi>h</mi>
<mrow>
<mi>g</mi>
<mi>g</mi>
</mrow>
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<mo>-</mo>
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<mn>2</mn>
<mn>3</mn>
</mfrac>
<msub>
<mi>F</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，hgg为杆塔上避雷线安装高度，Fg为避雷线弧垂。
5.根据权利要求3所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，所述的导线、避雷线电晕校正系数k1的取值如下表所示：
所述导线、避雷线几何耦合系数k0的计算区分单、双避雷线情况进行，对于单避雷线，计算式为：
<mrow>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>D</mi>
<mi>d</mi>
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<mo>)</mo>
</mrow>
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<mrow>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mrow>
<mn>2</mn>
<msub>
<mi>h</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>1</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，D为避雷线与导线镜像之间的距离，d为避雷线与导线之间的距离，hg为避雷线平均高度，r1为避雷线半径，所述避雷线的高度采用平均高度hg，导线的高度采用平均高度hc；
对于双避雷线，计算式为：
<mrow>
<msub>
<mi>k</mi>
<mn>0</mn>
</msub>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mrow>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
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<mi>d</mi>
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</mrow>
<mo>+</mo>
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<mo>(</mo>
<mfrac>
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<mi>D</mi>
<mn>23</mn>
</msub>
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<mi>d</mi>
<mn>23</mn>
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<mo>)</mo>
</mrow>
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<mrow>
<mn>2</mn>
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<mi>h</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mrow>
<msub>
<mi>r</mi>
<mn>1</mn>
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<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>+</mo>
<mi>ln</mi>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>D</mi>
<mn>13</mn>
</msub>
<msub>
<mi>d</mi>
<mn>13</mn>
</msub>
</mfrac>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，D12为第一避雷线与导线镜像之间的距离，d12为第一避雷线与导线之间的距离；D23为第二避雷线与导线镜像之间的距离，d23为第二避雷线与导线之间的距离；D13为第一避雷线与第二避雷线镜像之间的距离，d13为第一避雷线与第二避雷线之间的距离，hg为避雷线平均高度，r1为避雷线半径；所述避雷线的高度采用平均高度hg，导线的高度采用平均高度hc。
6.根据权利要求3所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，所述杆塔电感Lt的取值为：
Lt＝L0·ht，
其中，L0为杆塔单位高度电感。
7.根据权利要求3所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，所述的分流系数β的计算式为：
<mrow>
<mi>&beta;</mi>
<mo>=</mo>
<mfrac>
<mn>1</mn>
<mrow>
<mn>1</mn>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>t</mi>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>+</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>R</mi>
<mi>i</mi>
</msub>
<msub>
<mi>L</mi>
<mi>g</mi>
</msub>
</mfrac>
<mo>&times;</mo>
<mfrac>
<msub>
<mi>&tau;</mi>
<mi>t</mi>
</msub>
<mn>2</mn>
</mfrac>
</mrow>
</mfrac>
<mo>,</mo>
</mrow>
其中，τt为2.6μs，Lg为杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值，单位为μH；单避雷线Lg等于0.65-0.70l，双避雷线Lg等于0.40-0.45l，l为档距长度，单位为m。
8.根据权利要求3所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，所述的雷电流陡度a的计算式为：
a＝3.9I0.55。
9.根据权利要求1所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，步骤e)中，所述的并联间隙对盘型悬式绝缘子保护有效性概率Pb与承受雷电冲击电压幅值U0的关系为：
Pb＝f(U0)，
Pb的具体表达式由盘型悬式绝缘子并联间隙雷电冲击放电试验得到。
10.根据权利要求1所述的架空线路绝缘子并联间隙单次雷击保护有效性判断方法，其特征在于，步骤f)中，该次雷击事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子的保护有效性概率Pb为：
Pb＝f(UA)；
步骤g)中，判断该次雷击跳闸事件中并联间隙对盘型悬式绝缘子保护是否有效的方法为：
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