CN108363899A - 一种配网感应雷过电压评估方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配网感应雷过电压评估方法及系统，依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式，根据不同的线路参数对架空导线和电缆进行建模得到线路模型，建立感应雷过电压模型，针对每一种配电线路组合方式，采用感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果，基于该结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。本发明通过考虑配电线路运行方式对配网感应雷过电压情况进行仿真，结合感应雷过电压仿真结果、不同配电线路组合方式和系统电容，总结得到感应雷过电压规律，为有效指导防雷措施提供了依据。

Description

一种配网感应雷过电压评估方法及系统

技术领域

本发明涉及防雷措施技术领域，更具体的说，涉及一种配网感应雷过电压评估方法及系统。

背景技术

配电线路是电力系统中较靠近用户的一级，担负着向工农业生产，居民日常生活供电的重要职责，具有线路结构复杂、线路总量多和覆盖面广的特点。配电线路常架设于自然环境中，容易受到雷击等外界因素的影响。实际运行经验表明：雷击是威胁架空配电线路安全稳定运行的主要原因之一，配网中超过90％的雷电过电压均由感应雷引起。

然而，我国很多低电压等级的配电网线路大多没有安装避雷线，加上自身绝缘水平不高，很容易发生雷击事。因此，在这种背景下，如何提供一种配网感应雷过电压评估方法及系统，为有效指导防雷措施提供依据，成为了本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

有鉴于此，本发明公开一种配网感应雷过电压评估方法及系统，以实现对多种电路组合方式和不同配电线路运行方式的感应雷过电压规律的评估，为有效指导防雷措施提供依据。

一种配网感应雷过电压评估方法，包括：

依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式；

根据所述配网电气接线图中标注的线路型号，确定不同的线路参数；

根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模，得到线路模型；

基于所述线路模型建立感应雷过电压模型；

针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果；

基于所述感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。

优选的，所述感应雷过电压仿真结果包括：不同配电线路组合方式时的感应雷过电压幅值。

优选的，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为裸导线时，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

优选的，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为有避雷线的导线时，系统电容增大，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

优选的，所述感应雷过电压规律包括：

架空线为有避雷线的导线相对于架空线为裸导线，电力系统在不同运行方式时的感应雷过电压水平降低。

一种配网感应雷过电压评估系统，包括：

线路组合方式确定单元，用于依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式；

线路参数确定单元，用于根据所述配网电气接线图中标注的线路型号，确定不同的线路参数；

线路模型建立单元，用于根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模，得到线路模型；

感应雷过电压模型建立单元，用于基于所述线路模型建立感应雷过电压模型；

仿真单元，用于针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果；

规律总结单元，用于基于所述感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。

优选的，所述感应雷过电压仿真结果包括：不同配电线路组合方式时的感应雷过电压幅值。

优选的，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为裸导线时，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

优选的，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为有避雷线的导线时，系统电容增大，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

优选的，所述感应雷过电压规律包括：

架空线为有避雷线的导线相对于架空线为裸导线，电力系统在不同运行方式时的感应雷过电压水平降低。

从上述的技术方案可知，本发明公开了一种配网感应雷过电压评估方法及系统，首先依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式，然后根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模得到线路模型，并基于线路模型建立感应雷过电压模型，针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果，基于感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。本发明利用感应雷过电压模型，通过考虑配电线路运行方式对配网感应雷过电压情况进行仿真，结合感应雷过电压仿真结果、不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律，从而为有效指导防雷措施提供了依据，并具有一定的理论和工程价值。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明的实施例，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，还可以根据公开的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例公开的一种配网感应雷过电压评估方法流程图；

图2为本发明实施例公开的一种10kV配网电气接线图；

图3为本发明实施例公开的一种建立感应雷过电压模型所使用的ATP-EMTP软件中示例模型示意图；

图4为本发明实施例公开的一种架空线路和雷击点的相对关系示意图；

图5为本发明实施例公开的一种架空线L1为裸导线时线路首端感应雷过电压仿真结果示意图；

图6为本发明实施例公开的一种架空线L1为裸导线时线路末端感应雷过电压仿真结果示意图；

图7为本发明实施例公开的一种架空线L1为有避雷线的导线时线路首端感应雷过电压仿真结果示意图；

图8为本发明实施例公开的一种架空线L1为有避雷线的导线时线路末端感应雷过电压仿真结果示意图；

图9为本发明实施例公开的一种配网感应雷过电压评估系统的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种配网感应雷过电压评估方法及系统，首先依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式，然后根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模得到线路模型，并基于线路模型建立感应雷过电压模型，针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果，基于感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。本发明利用感应雷过电压模型，通过考虑配电线路运行方式对配网感应雷过电压情况进行仿真，结合感应雷过电压仿真结果、不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律，从而为有效指导防雷措施提供了依据，并具有一定的理论和工程价值。

参见图1，本发明一实施例公开的一种配网感应雷过电压评估方法流程图，包括步骤：

步骤S101、依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式；

具体的，首先依据配网电力接线图中配电网的出现情况，确定电力系统的最大运行方式和最小运行方式；

最大运行方式是指：电力系统在该运行方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式；

最小运行方式是指：电力系统在该运行方式下运行时，具有最大的短路阻抗，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。

反映到配网电气接线图中，最大运行方式即电力系统所带线路最小，所带负荷最少；最小运行方式即电力系统所带线路最多，所带负荷最多。

因此，根据配电网的出线情况，确定的电力系统包含的运行方式包括：最大运行方式，最小运行方式，以及位于最大运行方式和最小运行方式之间的运行方式。

为方便理解，本发明公开了一个具体实施例。

参见图2，本发明一实施例公开的一种10kV配网电气接线图，图2中L1为架空线，L2～L5为电缆，其中，电缆为(4×4km)：R＝0.105Ω/km；X＝0.08Ω/km；C＝0.47μF/km。

从图2中可知，电力系统的最大运行方式即为架空线L1单独运行，此时，电力系统具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大。

电力系统的最小运行方式即为架空线L1、电缆L2～L5全部投入运行，此时，电力系统具有最大的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最小。

电力系统的运行方式位于最大运行方式和最小运行方式之间时，图2中运行的配电线路可以为一个架空线L1以及任意一个电缆、两个电缆或三个电缆；或图2中运行的配电线路可以为任意一个电缆、任意两个电缆、任意三个电缆或四个电缆。

步骤S102、根据所述配网电气接线图中标注的线路型号，确定不同的线路参数；

其中，线路参数至少包括：电阻、电抗、电纳和系统电容。

步骤S103、根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模，得到线路模型；

需要特别说明的是，本步骤是根据线路参数包含的电阻、电抗和电纳，在ATP-EMTP软件中使用Clarke模型进行建模处理。其中，输电线路使用RL耦合模型进行模拟，模拟过程可参见现有技术中ATP-EMTP软件中特性阻抗为300Ω，避雷线特征阻抗为500Ω，导线与避雷线的互阻抗为200Ω的示例；电缆采用Clarke模型进行模拟。

步骤S104、基于线路模型建立感应雷过电压模型；

具体的，基于线路模型，利用TL模型作为雷电流回击数学模型，Agrawal模型作为电磁场与架空线路耦合的数学模型，建立感应雷过电压模型。

其中，在实际应用中，可根据ATP-EMTP软件中的已存储示例模型建立感应雷过电压模型，感应雷过电压模型的建立过程可参见现有方案，此处不再赘述。

参见图3，本发明一实施例公开的一种建立感应雷过电压模型所使用的ATP-EMTP软件中示例模型示意图，图3中，电路末端将变电站或负荷等效为10μH电感与50nF电容的串联，同时设置接地电阻为50Ω，设置两个观测点，分别位于雷击线路的首端和末端，雷击点距架空线路100m，示意图如图4所示，其中，x、y表示二维坐标系，y可表示为雷击点距线路的水平距离，在同一个平面里，可理解为地面，雷击点为坐标系的原点，A和B表示两个观测点。x_A为线路首端、x_B为线路末端，本实施例中，y＝100，x_A＝1000m，x_B＝0m。

步骤S105、针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果；

其中，感应雷过电压仿真结果包括：不同配电线路组合方式时的感应雷过电压幅值。

步骤S106、基于所述感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。

举例说明，图2所示的10kV配网电气接线图中，架空线L1分两种：一种是带避雷线的导线，另一种是不带避雷线的裸导线，L2～L5均为绝缘的电缆，根据电力系统的不同运行方式，不同配电线路的组合方式如下：

1、架空线L1为不带避雷线的裸导线时，不同配电线路的组合方式包括：

A、架空线L1单独运行；

B、架空线L1和电缆L2并列运行；

C、架空线L1、电缆L2和电缆L3并列运行；

D、架空线L1、电缆L2、电缆L3和电缆L4并列运行；

E、架空线L1、电缆L2、电缆L3、电缆L4和电缆L5并列运行。

分别针对A、B、C、D和E五种情况进行感应雷过电压仿真分析，架空线L1线路首端感应雷过电压仿真结果如图5所示，架空线L1线路末端感应雷过电压仿真结果如图6所示。

2、架空线L1为带避雷线的导线时，不同配电线路的组合方式包括：

F、架空线L1单独运行；

G、架空线L1和电缆L2并列运行；

H、架空线L1、电缆L2和电缆L3并列运行；

I、架空线L1、电缆L2、电缆L3和电缆L4并列运行；

J、架空线L1、电缆L2、电缆L3、电缆L4和电缆L5并列运行。

分别针对F、G、H、I和J五种情况进行感应雷过电压仿真分析，架空线L1线路首端感应雷过电压仿真结果如图7所示，架空线L1线路末端感应雷过电压仿真结果如图8所示。

对于上述A和F情况，系统电容C₀＝0.01×1＝0.01μF；

对于上述B和G情况，系统电容C₀＝0.01×1+0.47×4＝1.89μF；

对于上述C和H情况，系统电容C₀＝0.01×1+0.47×4×2＝3.77μF；

对于上述D和I情况，系统电容C₀＝0.01×1+0.47×4×3＝5.65μF；

对于上述E和J情况，系统电容C₀＝0.01×1+0.47×4×4＝7.53μF；

由图5和图6可知，当架空线L1为裸导线时，随着配电线路的增加，系统电容增大，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；而对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大；

当架空线L1为有避雷线的导线时，系统电容增大，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；而对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大；

而对于架空线L1为裸导线和有避雷线的导线的区别在于，当架空线L1为有避雷线的导线时，电力系统在不同运行方式时的感应雷过电压水平有所降低。

综上可知，本发明公开的配网感应雷过电压评估方法，首先依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式，然后根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模得到线路模型，并基于线路模型建立感应雷过电压模型，针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果，基于感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。本发明利用感应雷过电压模型，通过考虑配电线路运行方式对配网感应雷过电压情况进行仿真，结合感应雷过电压仿真结果、不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律，从而为有效指导防雷措施提供了依据，并具有一定的理论和工程价值。

与上述方法实施例相对应，本发明还公开了一种配网感应雷过电压评估系统。

参见图9，本发明一实施例公开的一种配网感应雷过电压评估系统的结构示意图，该系统包括：

线路组合方式确定单元201，用于依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式；

具体的，首先依据配网电力接线图中配电网的出现情况，确定电力系统的最大运行方式和最小运行方式；

最大运行方式是指：电力系统在该运行方式下运行时，具有最小的短路阻抗值，发生短路后产生的短路电流最大的一种运行方式；

最小运行方式是指：电力系统在该运行方式下运行时，具有最大的短路阻抗，发生短路后产生的短路电流最小的一种运行方式。

反映到配网电气接线图中，最大运行方式即电力系统所带线路最小，所带负荷最少；最小运行方式即电力系统所带线路最多，所带负荷最多。

因此，根据配电网的出线情况，确定的电力系统包含的运行方式包括：最大运行方式，最小运行方式，以及位于最大运行方式和最小运行方式之间的运行方式。

线路参数确定单元202，用于根据所述配网电气接线图中标注的线路型号，确定不同的线路参数；

其中，线路参数至少包括：电阻、电抗、电纳和系统电容。

线路模型建立单元203，用于根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模，得到线路模型；

需要特别说明的是，本实施例是根据线路参数包含的电阻、电抗和电纳，在ATP-EMTP软件中使用Clarke模型进行建模处理。其中，输电线路使用RL耦合模型进行模拟，模拟过程可参见现有技术中ATP-EMTP软件中特性阻抗为300Ω，避雷线特征阻抗为500Ω，导线与避雷线的互阻抗为200Ω的示例；电缆采用Clarke模型进行模拟。

感应雷过电压模型建立单元204，用于基于所述线路模型建立感应雷过电压模型；

具体的，在实际应用中，可根据ATP-EMTP软件中的已存储示例模型建立感应雷过电压模型，感应雷过电压模型的建立过程可参见现有方案，此处不再赘述。

仿真单元205，用于针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果；

规律总结单元206，用于基于所述感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。

需要特别说明的是，本实施例中，评估系统各组成部分的具体工作原理，请参见方法实施例对应部分，此处不再赘述。

综上可知，本发明公开的配网感应雷过电压评估系统，首先依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式，然后根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模得到线路模型，并基于线路模型建立感应雷过电压模型，针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果，基于感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。本发明利用感应雷过电压模型，通过考虑配电线路运行方式对配网感应雷过电压情况进行仿真，结合感应雷过电压仿真结果、不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律，从而为有效指导防雷措施提供了依据，并具有一定的理论和工程价值。

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发明。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发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明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)

1.一种配网感应雷过电压评估方法，其特征在于，包括：

依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式；

根据所述配网电气接线图中标注的线路型号，确定不同的线路参数；

根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模，得到线路模型；

基于所述线路模型建立感应雷过电压模型；

针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果；

基于所述感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。

2.根据权利要求1所述的配网感应雷过电压评估方法，其特征在于，所述感应雷过电压仿真结果包括：不同配电线路组合方式时的感应雷过电压幅值。

3.根据权利要求1所述的配网感应雷过电压评估方法，其特征在于，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为裸导线时，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

4.根据权利要求1所述的配网感应雷过电压评估方法，其特征在于，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为有避雷线的导线时，系统电容增大，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

5.根据权利要求1所述的配网感应雷过电压评估方法，其特征在于，所述感应雷过电压规律包括：

架空线为有避雷线的导线相对于架空线为裸导线，电力系统在不同运行方式时的感应雷过电压水平降低。

6.一种配网感应雷过电压评估系统，其特征在于，包括：

线路组合方式确定单元，用于依据配网电气接线图中配电网的出线情况，确定基于不同运行方式的不同配电线路组合方式；

线路参数确定单元，用于根据所述配网电气接线图中标注的线路型号，确定不同的线路参数；

线路模型建立单元，用于根据不同的线路参数，对架空导线和电缆进行建模，得到线路模型；

感应雷过电压模型建立单元，用于基于所述线路模型建立感应雷过电压模型；

仿真单元，用于针对每一种配电线路组合方式，采用所述感应雷过电压模型进行感应雷过电压仿真，得到感应雷过电压仿真结果；

规律总结单元，用于基于所述感应雷过电压仿真结果，并依据不同配电线路组合方式和相对应的系统电容，总结得到不同配电线路在不同运行方式时的感应雷过电压规律。

7.根据权利要求6所述的配网感应雷过电压评估系统，其特征在于，所述感应雷过电压仿真结果包括：不同配电线路组合方式时的感应雷过电压幅值。

8.根据权利要求6所述的配网感应雷过电压评估系统，其特征在于，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为裸导线时，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

9.根据权利要求6所述的配网感应雷过电压评估系统，其特征在于，所述感应雷过电压规律包括：

当配网中的架空线为有避雷线的导线时，系统电容增大，对于线路首端，感应雷过电压减小，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越小；对于线路末端，感应雷过电压增加，且系统电容越大，感应雷过电压幅值越大。

10.根据权利要求6所述的配网感应雷过电压评估系统，其特征在于，所述感应雷过电压规律包括：

架空线为有避雷线的导线相对于架空线为裸导线，电力系统在不同运行方式时的感应雷过电压水平降低。