CN107703381A - 一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，首先获取重要输电通道所在地区雷害状况和线路、杆塔参数，并确定仿真计算中采用电气几何参数和雷电相关参数；再基于改进EGM模型，建立重要输电通道内两条或多条、超高压或特高压、交流或直流以及单回或多回线路并行架设的仿真模型，判断各线路各相导线弧的相互位置关系，计算不同雷电流幅值和雷电入射角下各弧投影宽度，并判断各弧投影优先级，进而计算考虑屏蔽效应的各线路各相导线的雷电绕击率，并引入雷电屏蔽因子，定量评估不同线路间的雷击屏蔽关系。本发明适用于重要输电通道内邻近线路间雷击屏蔽效应计算，为重要输电通道内线路雷害评估和线路改造提供依据。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路雷害水平评估及防护技术领域，更具体地说，涉及一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法。
背景技术
近年来，随着超特高压线路、重要负荷供电线路、大型电源送出线路、跨区联网和跨国线路等重要输电线路的快速建设，以及土地资源紧缺导致可用的线路走廊日益减少，我国电网逐步形成了一些输送能力大、线路排列紧密的输电通道，通道大多由两回或两回以上重要输电线路组成，相邻线路中心距离不超过600米，输电通道内线路间距较小，导致此类密集输电通道在引雷特性、雷电屏蔽特性及雷击故障形式和分布特征等方面与一般输电线路可能存在较大差异。
目前，国内外在输电线路雷电屏蔽性能方面的研究多以仿真计算为主，主要的方法大致分为两类：一是结合三维地形数据及杆塔三维建模，将传统的电气几何模型计算方法中的雷击暴露宽度沿着输电线路拓展为三维暴露空间，以电气几何模型为基础拓展出相应的雷电屏蔽三维计算模型；二是基于先导发展模型的超/特高压输电线路雷电屏蔽性能分析方法，通过建立迎面先导发展仿真模型和雷云及下行先导作用下输电线路附近空间三维动态电场的计算模型来实现超/特高压输电线路雷电屏蔽性能三维仿真。结合上述方法，国内相关单位已开展过一些输电线路雷电屏蔽性能及绕击计算的研究，但研究的重点多集中于对单条输电线路的“地线-导线”、“导线-导线”的雷电屏蔽性能分析，尚未针对邻近输电线路之间的相互雷电屏蔽性能开展过系统性的研究。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，提供一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，解决目前国内外很少涉及的、重要输电通道内邻近输电线路之间相互雷电屏蔽特性问题，给重要输电通道线路雷电屏蔽设计提供科学的指导建议。
为更好地理解本发明技术方案，以下对相关术语进行解释：EGM模型是指一种以暴露距离的概念来评价输电线路屏蔽性能的简化算法，暴露距离通过与避雷线暴露弧段、导线暴露弧段和大地暴露直线段三者两两相交的交点位置确定。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，包括以下步骤：
步骤S010，获取重要输电通道所在地区雷电参数和邻近线路参数，包括落雷密度、不同线路回路数、电压等级、导线空间排列情况、塔形在内的参数；
步骤S020，确定包括击距和击距系数在内的电气几何模型参数，并确定该地区雷电参数，包括雷电幅值概率分布、雷电入射角概率分布和击杆率；
步骤S030，确定重要输电通道内邻近线路导线排列方式，并建立EGM模型，计算不同雷电流幅值下，各线路各相导线弧位置，并判断邻近线路各相导线弧的相互位置关系；
步骤S040，计算不同雷电入射角下，考虑屏蔽关系后的各弧投影宽度，对多回线路的各导线投影宽度优先级进行判断；
步骤S050，计算考虑邻近线路屏蔽关系后的各线路各相导线绕击率，并引入雷电屏蔽因子，定量分析不同邻近线路中心位置间隔距离下的线路相互雷电屏蔽关系。
优选地，在所述步骤S010中，根据GIS系统确定输电线路的路径，利用雷电定位系统获得重要输电通道所在地区的落雷密度统计数据；确定通道内邻近线路电压水平、回路数、杆塔类型、导线空间排列情况。
优选地，在所述步骤S020中，击距和击距系数采用如下公式：
rc＝10×I0.65 (1)，
rgw＝kgw×rc (2)，
rg＝kg×rc (3)，
其中，rc,rgw,rg分别对应导线、避雷线和大地击距；kgw和kg分别为避雷线击距系数和大地击距系数，其中kgw＝1,kg＝0.9，I为雷电流幅值；
并确定该地区雷电相关参数，雷电幅值概率分布、雷电入射角概率分布以及击杆率如下所示：
P(φ)＝0.75×cos3(φ) (5)
g＝1:4 (6)
其中，I为雷电流幅值，φ为雷电入射角，取值范围为-90°～90°，g为击杆率。
优选地，在所述步骤S030中，重要输电通道内邻近线路导线排列方式包括单回-单回、单回-多回、多回-多回线线路并行架设方式。
优选地，在所述步骤S050中，考虑屏蔽关系后的各线路各相导线绕击率采用如下公式：
根据地面落雷密度Ng，得到绕击次数SFR为：
SFR＝NgηW×10-3×102 (8)，
其中，SFR为绕击次数，单位为次/100km/a，Ng为地闪密度，单位为次/km2/a，W为总暴露弧投影宽度，单位为m，W1为特点雷电流幅值和雷电入射角下的暴露弧投影宽度，η为建弧率；
引入雷电屏蔽因子，采用如下公式对邻近线路雷电屏蔽效应进行定量分析：
(9)式中，Ns为考虑屏蔽作用后输电线路雷击次数，单位为次/100km·a，NL为开阔地形下输电线路累计次数，单位为次/100km·a；Sf为重要输电通道线路屏蔽因子，取值范围0～1，其中，Sf＝0表示开阔地形，线路周围没有具有屏蔽作用的更高的输电线路，Sf＝1表示该线路完全被另外线路屏蔽，不会遭受雷击。
实施本发明一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，具有以下有益效果：
本发明基于改进EGM方法，对两条或多条并行线路各导线弧的相互位置关系进行判断，准确计算特定雷电流幅值和雷电入射角下，最外层暴露弧投影距离，进而计算考虑邻近线路雷电屏蔽效应的各相导线绕击率；同时，引入雷电屏蔽因子，定量的评估邻近线路屏蔽效果，给实际的重要输电通道雷电屏蔽设计提供科学的指导建议。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1为一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法的流程示意图；
图2为判断邻近线路各导线弧位置关系的计算流程图；
图3为重要输电通道内邻近线路特定雷电流幅值下导线弧位置关系示意图；
图4为重要输电通道内邻近线路特定雷电流幅值下导线弧位置关系仿真图；
图5为双回线路各弧相互优先级示意图；
图6为考虑不同邻近线路中心间隔距离的雷电屏蔽因子计算结果(T1～T4为双回线路一侧避雷线和三相导线；C1～C4为单回线路两条避雷线和外侧两相导线)。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
本发明提供一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，如图1所示，包括以下步骤：
步骤S010，获取重要输电通道所在地区雷电参数和邻近线路参数，包括落雷密度、不同线路回路数、电压等级、导线空间排列情况、塔形在内的参数。根据GIS系统确定输电线路的路径，利用雷电定位系统获得重要输电通道所在地区的落雷密度统计数据；确定通道内邻近线路电压水平、回路数、杆塔类型、导线空间排列情况。
步骤S020，确定包括击距和击距系数在内的电气几何模型参数，并确定该地区雷电参数，包括雷电幅值概率分布、雷电入射角概率分布和击杆率。
击距和击距系数采用如下公式：
rc＝10×I0.65 (1)，
rgw＝kgw×rc (2)，
rg＝kg×rc (3)，
其中，rc,rgw,rg分别对应导线、避雷线和大地击距；kgw和kg分别为避雷线击距系数和大地击距系数，其中kgw＝1,kg＝0.9，I为雷电流幅值；
并确定该地区雷电相关参数，雷电幅值概率分布、雷电入射角概率分布以及击杆率如下所示：
P(φ)＝0.75×cos3(φ) (5)
g＝1:4 (6)
其中，I为雷电流幅值，φ为雷电入射角(-90°～90°)，g为击杆率。
步骤S030，确定重要输电通道内邻近线路导线排列方式，包括单回-单回、单回-多回、多回-多回线线路并行架设方式，并建立EGM模型，计算不同雷电流幅值下，各线路各相导线弧位置，并根据图2所示判断邻近线路各相导线弧的相互位置关系，图3为重要输电通道内邻近线路特定雷电流幅值下导线弧位置关系示意图，图4为重要输电通道内邻近线路特定雷电流幅值下导线弧位置关系仿真图。
步骤S040，计算不同雷电入射角下，考虑屏蔽关系后的各弧投影宽度，对多回线路的各导线投影宽度优先级进行判断，如图5所示。
步骤S050，计算考虑邻近线路屏蔽关系后的各线路各相导线绕击率，并引入雷电屏蔽因子，定量分析不同邻近线路中心位置间隔距离下的线路相互雷电屏蔽关系。
考虑屏蔽关系后的各线路各相导线绕击率采用如下公式：
根据地面落雷密度Ng，得到绕击次数SFR为：
SFR＝NgηW×10-3×102 (8)，
其中，SFR为绕击次数，单位为次/100km/a，Ng为地闪密度，单位为次/km2/a，W为总暴露弧投影宽度，单位为m，W1为特点雷电流幅值和雷电入射角下的暴露弧投影宽度，η为建弧率；
引入雷电屏蔽因子，采用公式(9)对邻近线路雷电屏蔽效应进行定量分析，计算结果如图6所示：
(9)式中，Ns为考虑屏蔽作用后输电线路雷击次数，单位为次/100km·a，NL为开阔地形下输电线路累计次数，单位为次/100km·a；Sf为重要输电通道线路屏蔽因子，取值范围0～1，其中，Sf＝0表示开阔地形，线路周围没有具有屏蔽作用的更高的输电线路，Sf＝1表示该线路完全被另外线路屏蔽，不会遭受雷击。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。
Claims (5)
1.一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S010，获取重要输电通道所在地区雷电参数和邻近线路参数，包括落雷密度、不同线路回路数、电压等级、导线空间排列情况、塔形在内的参数；
步骤S020，确定包括击距和击距系数在内的电气几何模型参数，并确定该地区雷电参数，包括雷电幅值概率分布、雷电入射角概率分布和击杆率；
步骤S030，确定重要输电通道内邻近线路导线排列方式，并建立EGM模型，计算不同雷电流幅值下，各线路各相导线弧位置，并判断邻近线路各相导线弧的相互位置关系；
步骤S040，计算不同雷电入射角下，考虑屏蔽关系后的各弧投影宽度，对多回线路的各导线投影宽度优先级进行判断；
步骤S050，计算考虑邻近线路屏蔽关系后的各线路各相导线绕击率，并引入雷电屏蔽因子，定量分析不同邻近线路中心位置间隔距离下的线路相互雷电屏蔽关系。
2.根据权利要求1所述的一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，其特征在于，在所述步骤S010中，根据GIS系统确定输电线路的路径，利用雷电定位系统获得重要输电通道所在地区的落雷密度统计数据；确定通道内邻近线路电压水平、回路数、杆塔类型、导线空间排列情况。
3.根据权利要求2所述的一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，其特征在于，在所述步骤S020中，击距和击距系数采用如下公式：
rc＝10×I0.65 (1)，
rgw＝kgw×rc (2)，
rg＝kg×rc (3)，
其中，rc,rgw,rg分别对应导线、避雷线和大地击距；kgw和kg分别为避雷线击距系数和大地击距系数，其中kgw＝1,kg＝0.9，I为雷电流幅值；
并确定该地区雷电相关参数，雷电幅值概率分布、雷电入射角概率分布以及击杆率如下所示：
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</mrow>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>4</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
</mrow>
P(φ)＝0.75×cos3(φ) (5)
g＝1:4 (6)
其中，I为雷电流幅值，φ为雷电入射角，取值范围为-90°～90°，g为击杆率。
4.根据权利要求3所述的一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，其特征在于，在所述步骤S030中，重要输电通道内邻近线路导线排列方式包括单回-单回、单回-多回、多回-多回线线路并行架设方式。
5.根据权利要求4所述的一种邻近输电线路间雷击屏蔽效应的计算方法，其特征在于，在所述步骤S050中，考虑屏蔽关系后的各线路各相导线绕击率采用如下公式：
<mrow>
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<mrow>
<mi>&pi;</mi>
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<mn>2</mn>
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<mi>d</mi>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
<mrow>
<mo>(</mo>
<mn>7</mn>
<mo>)</mo>
</mrow>
<mo>;</mo>
</mrow>
根据地面落雷密度Ng，得到绕击次数SFR为：
SFR＝NgηW×10-3×102 (8)，
其中，SFR为绕击次数，单位为次/100km/a，Ng为地闪密度，单位为次/km2/a，W为总暴露弧投影宽度，单位为m，W1为特点雷电流幅值和雷电入射角下的暴露弧投影宽度，η为建弧率；
引入雷电屏蔽因子，采用如下公式对邻近线路雷电屏蔽效应进行定量分析：
<mrow>
<msub>
<mi>S</mi>
<mi>f</mi>
</msub>
<mo>=</mo>
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<mfrac>
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<mo>-</mo>
<mo>-</mo>
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<mo>,</mo>
</mrow>
(9)式中，Ns为考虑屏蔽作用后输电线路雷击次数，单位为次/100km·a，NL为开阔地形下输电线路累计次数，单位为次/100km·a；Sf为重要输电通道线路屏蔽因子，取值范围0～1，其中，Sf＝0表示开阔地形，线路周围没有具有屏蔽作用的更高的输电线路，Sf＝1表示该线路完全被另外线路屏蔽，不会遭受雷击。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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