CN108693450A - 用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，该方法对影响绕击闪络率的主要因素暴露投影距离的选取与计算进行了改进和验证，同时考虑先导入射角及地面倾角对绕击耐雷性能的影响。与传统的方法如规程法、传统电气几何模型和先导发展模型相比，本发明的绕击闪络耐雷性能模型和绕击跳闸率计算方法综合考虑地面倾角、先导入射角、暴露投影距离等多项因素的影响，尤其对暴露投影距离的选取进行了反复验证，其计算结果更能贴近线路绕击闪络实际情况。

Description

用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法

技术领域

本发明属于电力系统高压电气领域，特别是涉及输电线路绕击耐雷性能的分析领域，尤其涉及一种基于电气几何模型的优化暴露投影距离选取与计算的大跨越高杆塔输电线路绕击跳闸率的分析方法，适用于输电线路防雷设计和防雷改造。

背景技术

雷击是引起输电线路故障的主要原因之一，当雷电流达到一定数值时，会引起线路跳闸。根据雷击对象的不同，雷击分为反击和绕击，目前对输电线路绕击耐雷性能的计算方法主要有规程法、电气几何模型(EGM)、先导发展模型(LPM) 和绕击概率模型等。

目前输电线路绕击计算方法主要有规程法、电气几何模型和先导法等方法。规程法线路绕击率计算公式能够满足一般线路雷电屏蔽的设计要求，但其带有综合的平均性质，常常不能反映具体线路的特点，无法解释屏蔽失效现象，对评估输电线路绕击性能不利。W’S EGM模型将雷电的放电特性同线路的结构尺寸联系起来，但它未考虑放电的分散性和其它因素对击距的影响，亦未考虑雷击大地、避雷线、导线时的差别而假定先导对三者的击距相等，试用范围有限。Eriksson 改进电气几何模型，主要是考虑了结构物高度对输电线路雷电绕击的影响，引入了吸引距离的概念，其分析计算结果同线路的实际运行结果是否吻合，吸引距离同结构物高度的关系是否准确等，还有待于实践的进一步检验。

Rizk先导发展模型比较细致地考虑了上下行先导的发展相遇过程，并对该过程进行了初步定量描述，这是输电线路雷电绕击研究方面一个很大的进步，但它没有考虑当雷电下行先导已经下降到低于输电线路高度时发生的绕击线路现象，因此，它是否适用于高杆塔线路的雷电绕击性能估算必须得到输电线路运行结果的广泛支持后才能得到确证。

总的来看，规程法计算过于简单，无法对大跨越高杆塔输电线路绕击耐雷水平进行细致分析，而先导模型、分形模型及概率模型计算又过于繁杂，且尚需通过实践积累来证明其可靠性。

发明内容

为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是：提供一种用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，采用考虑先导入射角和地面倾角的输电线路绕击EGM分析法对绕击耐雷性能进行研究，提出一种简单可靠的输电线路绕击耐雷性能计算方法。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：

用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，综合考虑先导入射角范围、地面倾角、暴露投影距离的选取对绕击闪络耐雷性能的影响，其特征在于，包括：

第一步：确定线路绕击耐雷水平；

第二步：确定先导入射角范围；

第三步：建立考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型；

第四步：选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离；

第五步：推导暴露投影距离；

第六步：计算绕击率和绕击闪络率；

第七步：计算线路绕击跳闸率。

进一步地，所述第一步的线路绕击耐雷水平的确定方法是：其计算式为：

式中，I_c为线路绕击耐雷水平，单位为kA，U_50％为线路用绝缘子串的50％冲击闪络电压值，单位为kV，Z为输电线波阻抗，取400Ω。

进一步地，所述第二步的先导入射角范围的确定方法是：

设α为保护角，Ψ为先导入射角，定义垂直地面入射时先导入射角为0°，从垂线左侧入射先导入射角为负，右侧入射为正，雷电先导不会从水平面下方斜入射击中导线，入射角的范围在-90°～90°间，分别以杆塔处避雷线S和导线C 为中心，以R_s、R_c为半径作圆，再做两圆的公切线，与垂线形成的夹角Ψ即为绕击发生的最大先导入射角，最大先导入射角与避雷线保护角相等；当Ψ角变大时，直到最大90°，先导都有可能击中导线形成绕击，而Ψ角变小时的先导将要么击中避雷线，要么击中大地，对导线形成了完全屏蔽；

先导入射角概率密度分布满足式：

其中：

式中，系数K_m通过归一化条件求得，m＝1时，K_m＝1/2，m＝2时，K_m＝2/π，取m＝2，则先导入射角的概率密度分布函数为：

进一步地，所述第三步的考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何 模型的建立方法是：设φ为地面倾角，h_s为避雷线高度，h_c为导线高度，α为保 护角，r_s、r_c、r_g分别为先导对避雷线、导线和大地的击距，分别以杆塔处避雷 线S和导线C为中心，以r_s、r_c为半径作弧线相交于B点，再以r_g为高度作一 与地面平行的直线EF，与以C为中心的圆弧相交于E点，离避雷线S距离为b/2， b为两根避雷线的水平距离，处做一垂直于水平面的虚线，此线与以r_s为半径的 弧交于A点，点A′、S′、C′、B′、E′分别为A、S、C、B、E点在水平面上的投影，弧为线路屏蔽弧，落在弧上的雷将击中避雷线，弧为暴露弧，落在弧 上的雷将击中导线，射线EF为地面的屏蔽弧，落在直线EF上的雷将击中大 地，分别沿着与直线AA′，BB′，EE′成Ψ角的方向作直线AM、BN、EG，表示雷 击方向，而OM、PN、KG表示先导在未发生偏折前是垂直于水平面向下发展的， 连接AB、BE，则AB、BE分别是与弧对应的弦长，过A点作与BN垂 直的直线相交于A″，同样过B点作与EG垂直的直线相交于B″，则BA″、EB″分别是弧在雷击入射方向上的投影长度，BB″即为在雷击先导入射角为 Ψ的情况下线路的暴露投影距离，若雷电先导落入暴露投影距离BB″这一范围内， 则导线C将会被先导入射角为Ψ的雷击中，若先导落入其他范围，则避雷线和 大地对此先导入射角下的雷形成有效屏蔽，雷电流要么击中地线经避雷线流入大 地，要么击中地面直接注入大地。

进一步地，所述第四步的选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离的方法包括：

采用IEEE标准所推荐的击距公式，雷电对避雷线和导线的击距为：

r_s＝r_c＝10I^0.65

雷电对大地的击距为：

雷电流上下限的选取方法为：

根据改进的电气几何模型，设CE线段与水平面的夹角为θ₁、CB线段与水平面的夹角为θ_2，则θ₁、θ₂可由以下公式计算得出：

令θ₁＝θ₂，解得最大击距r_max，再根据击距与雷电流幅值之间的函数关系解得最大绕击雷电流；

发生绕击的最小雷电流I_min、发生绕击闪络的临界雷电流I_c和发生绕击的最 大雷电流I_max的三个雷电流幅值之间的数值大小决定了计算绕击闪络概率公式 中外层积分的上下限，具体情况如下：

若I_min＜I_c＜I_max，则式为：

若I_c＜I_min＜I_max，则式为：

若I_min＜I_max＜I_c，则绕击闪络率直接为零，即不会发生线路绕击闪络：

SFR＝0；

BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离。

进一步地，所述第五步的推导暴露投影距离的方法包括：

以S′为坐标原点(0，0)，水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向，SC在水平面上的投影S′C′用l表示，则l＝(h_s-h_c)tanα，从而S点和C点的坐标分别为(0，h_s)、(l，h_c)，因此B点的坐标(x_B，y_B)可通过解下面的方程组得到：

E点的坐标(x_E，y_E)可通过解下面的方程组得到：

从而直线EG的方程为：

y-y_E＝tan(90-ψ)(x-x_E)

垂直于直线EG且过点B(x_B，y_B)的方程为：

联立式即可解得点B″的坐标(x_B″，y_B″)，从而暴露投影距离BB″的长度为：

进一步地，所述第六步的计算绕击率和绕击闪络率的方法包括：

在考虑雷击先导入射角Ψ的情况下线路发生绕击的概率SFR为：

单位为次/(100km·a)

发生绕击且闪络的概率SFFORR为：

式中，N_g为地闪密度，单位为次/(km²·a)；

I_min为可发生绕击的最小雷电流，约为2～3kA；

I_c为能引起线路绕击闪络的临界雷电流，即线路绕击耐雷水平，单位为kA；

I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流，由最大击距确定，单位为kA；

P(I)为雷电流幅值概率密度函数；

p(Ψ)为先导入射角概率密度分布函数。

进一步地，所述第七步的计算线路绕击跳闸率的方法包括：

绕击跳闸率可按照下式计算：

N＝N_Lη(SFR)

式中，N_L为每100公里线路年落雷次数，单位为次/(100km·a)，根据雷电监测实际数据获得；

建弧率η按下式计算：

η＝(4.5E^0.75-14)×10^-2

式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度有效值，单位为kV/m，对于中性点直接接地系统：

式中：U_e为线路额定电压，单位为kV；l_j为绝缘子串的放电距离单位为m。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明提供的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，该方法对影响绕击闪络率的主要因素暴露投影距离的选取与计算进行了改进和验证，同时考虑先导入射角及地面倾角对绕击耐雷性能的影响。

(2)与传统的方法如规程法、传统电气几何模型和先导发展模型相比，根据规程法和传统电气几何模型得出的绕击跳闸率低于实际线路的值，先导发展模型没有考虑当雷电下行先导已经下降到低于输电线路高度时发生的绕击线路现象，它在高杆塔线路的雷电绕击性能估算的应用还有待验证，本发明的绕击闪络耐雷性能模型和绕击跳闸率计算方法综合考虑地面倾角、先导入射角、暴露投影距离等多项因素的影响，尤其对暴露投影距离的选取进行了反复验证，其计算结果更能贴近线路绕击闪络实际情况。

(3)使用该方法综合了传统绕击耐雷性能的计算方法如有规程法、电气几何模型(EGM)、先导发展模型(LPM)和绕击概率模型等的优点，能根据线路实际情况选择合适的模型参数进行计算。解决了规程法过于简单，而其他几种方法过于繁琐复杂的问题，为输电线路绕击耐雷性能研究提供了一种新的计算方法。

附图说明

下面结合附图和实施例进一步说明本发明：

图1是用于大跨越高杆塔的输电线路绕击跳闸率计算流程示意图；

图2是本发明用于确定先导入射角范围的示意图，其中图(a)为最大先导入 射角的示意图，图(b)为先导入射角变化示意图；

图3是考虑地面倾角及先导入射角改进的电气几何模型；

图4是酒杯型杆塔考虑地面倾角及雷电入射角下的电气几何模型；

图5是猫头型杆塔考虑地面倾角及先导入射角下的电气几何模型。

具体实施方式

下面结合附图及具体实例对本发明的技术方案进行说明。但不应将本发明仅限定于该实例范围之内。

本发明提供了一种能够用于大跨越高杆塔输电线路的绕击耐雷性能计算方 法，采用考虑先导入射角和地面倾角的电气几何改进模型，其原理如图3所 示。图中φ为地面倾角，h_s为避雷线高度，h_c为导线高度，α为保护角，r_s、r_c、 r_g分别为先导对避雷线、导线和大地的击距。分别以杆塔处避雷线S和导线C为 中心，以r_s、r_c为半径作弧线相交于B点，再以r_g为高度作一与地面平行的直线 EF，与以C为中心的圆弧相交于E点。离避雷线S距离为b/2(b为两根避雷线 的水平距离)处做一垂直于水平面的虚线，此线与以r_s为半径的弧交于A点。图 中点A′、S′、C′、B′、E′分别为A、S、C、B、E点在水平面上的投影。弧为 线路屏蔽弧，落在弧上的雷将击中避雷线，弧为暴露弧，落在弧上 的雷将击中导线，射线EF为地面的屏蔽弧，落在直线EF上的雷将击中大地。 分别沿着与直线AA′，BB′，EE′成Ψ角的方向作直线AM、BN、EG，表示雷击方 向，而OM、PN、KG表示先导在未发生偏折前是垂直于水平面向下发展的。连 接AB、BE，则AB、BE分别是与弧对应的弦长。过A点作与BN垂直 的直线相交于A″，同样过B点作与EG垂直的直线相交于B″，则BA″、EB″分别 是弧在雷击入射方向上的投影长度，BB″即为在雷击先导入射角为Ψ 的情况下线路的暴露投影距离。若雷电先导落入暴露投影距离BB″这一范围 内，则导线C将会被先导入射角为Ψ的雷击中，若先导落入其他范围，则避雷 线和大地对此先导入射角下的雷形成有效屏蔽，雷电流要么击中地线经避雷线 流入大地，要么击中地面直接注入大地。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤：

第一步：确定线路耐雷水平

其计算式为：

式中，I_c为线路绕击耐雷水平kA，U_50％为线路用绝缘子串的50％冲击闪络电压值kV，Z为输电线波阻抗，取400Ω。

第二步：先导入射角范围的确定

图2中α为保护角，Ψ为先导入射角。定义垂直地面入射时先导入射角为 0°，从垂线左侧入射先导入射角为负，右侧入射为正，雷电先导不会从水平面 下方斜入射击中导线，入射角的范围在-90°～90°间。做两圆的公切线，与垂线 形成的夹角Ψ即为绕击发生的最大先导入射角，由图2中几何关系可知，最大 先导入射角与避雷线保护角相等；当Ψ角变大时如图2(b)所示，直到最大90°， 先导都有可能击中导线形成绕击，而Ψ角变小时的先导将要么击中避雷线，要 么击中大地，对导线形成了完全屏蔽。

第三步：先导入射角的概率密度分布函数推导

先导入射角概率密度分布满足式：

其中：

式中，系数K_m通过归一化条件求得，m＝1时，K_m＝1/2，m＝2时，K_m＝2/π。本发明中m取2，因此先导入射角的概率密度分布函数为：

第四步：击距公式的选取方法

采用IEEE标准所推荐的击距公式，雷电对避雷线和导线的击距为：

r_s＝r_c＝10I^0.65

雷电对大地的击距为：

第五步：雷电流上下限的选取方法

图3中θ₁、θ₂可由以下公式计算得出：

令θ₁＝θ₂，解得最大击距r_max，再根据击距与雷电流幅值之间的函数关系解得最大绕击雷电流。

发生绕击的最小雷电流I_min、发生绕击闪络的临界雷电流I_c和发生绕击的最 大雷电流I_max的三个雷电流幅值之间的数值大小决定了计算绕击闪络概率公式 中外层积分的上下限，具体情况如下：

若I_min＜I_c＜I_max，则式为：

若I_c＜I_min＜I_max，则式为：

若I_min＜I_max＜I_c，则绕击闪络率直接为零，即不会发生线路绕击闪络：

SFR＝0

第六步：建立优化的电气几何模型，选取暴露投影距离

如图3所示为考虑地面倾角及先导入射角改进的电气几何模型，BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离。

第七步：暴露投影距离的推导

以图3中S′为坐标原点(0，0)，水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向，SC在水平面上的投影S′C′用l表示，则l＝(h_s-h_c)tanα，从而S点和C 点的坐标分别为(0，h_s)、(l，h_c)，因此B点的坐标(x_B，y_B)可通过解下面的方程组得到：

E点的坐标(x_E，y_E)可通过解下面的方程组得到：

从而直线EG的方程为：

y-y_E＝tan(90-ψ)(x-x_E)

垂直于直线EG且过点B(x_B，y_B)的方程为：

联立式即可解得点B″的坐标(x_B″，y_B″)。从而暴露投影距离BB″的长度为：

第八步：绕击率和绕击闪络率的计算

在考虑雷击先导入射角Ψ的情况下线路发生绕击的概率SFR为(次 /(100km·a))：

发生绕击且闪络的概率SFFORR为(次/(100km·a))：

式中，N_g为地闪密度(次/(km²·a))；

I_min为可发生绕击的最小雷电流，约为2～3kA；

I_c为能引起线路绕击闪络的临界雷电流，即线路绕击耐雷水平(kA)；

I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流，由最大击距确定(kA)；

P(I)为雷电流幅值概率密度函数；

p(Ψ)为先导入射角概率密度分布函数。

第九步：绕击跳闸率的计算方法

绕击跳闸率可按照下式计算：

N＝N_Lη(SFR)

式中，N_L为每100公里线路年落雷次数(次/(100km·a))，根据雷电定位系统系统监测实际数据获得；

建弧率η按下式计算：

η＝(4.5E^0.75-14)×10^-2

式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度有效值(kV/m)，对于中性点直接接地系统：

式中：U_e为线路额定电压(kV)；l_j为绝缘子串的放电距离(m)。

关于本发明中线路绕击闪络率公式的验证：

考虑先导入射角及地面倾角改进的电气几何模型根据暴露投影距离BB″计算线路绕击闪络概率公式在IEEE工作组考虑先导垂直地面入射且地面倾角为0°条件下根据暴露距离计算线路绕击闪络概率推荐公式的验证。

当地面倾角为0°、Ψ角亦等于0°，即假定雷电先导通道均是垂直于地面向 下水平地面发展时，根据图3的作图原理，图中BB″即演变为IEEE工作组考虑 先导垂直地面入射且地面倾角为0°条件下的暴露距离。下面验证IEEE工作组在 考虑先导垂直地面入射且地面倾角为0°条件下根据暴露距离计算线路绕击闪络 概率的推荐公式即为式的一个特例。

当Ψ＝φ＝0时，暴露投影距离BB″便不再是关于Ψ或φ的函数；将式代入式 中便可以将关于Ψ的积分分离出来先进行运算，即：

式中，在[-π/2，δ₁]、[δ₂，π/2]区间内尽管先导入射角概率密度分布p(Ψ)函数值不为0，但先导入射角在这两个区间内的雷不会击中导线，即在这两个先导入射角区间范围内的暴露弧为0，暴露投影距离BB″亦为0，因此有：

联立式(0-1)及式(0-2)有：

根据归一化条件，式(0-3)中后面关于Ψ的积分等于1，即：

因此式(0-3)：

IEEE工作组考虑先导垂直地面入射且地面倾角为0°条件下根据暴露距离计算线路绕击闪络概率的推荐公式即为本文考虑先导入射角及地面倾角改进的电气几何模型根据暴露投影距离BB″计算线路绕击闪络概率公式的一个特例，由此得证。

如图4和图5所示，将塔考虑地面倾角及雷电入射角下的电气几何模型分别应用与酒杯型杆塔和猫头塔中，单回猫头型、酒杯型杆塔线路绕击闪络概率应该为左右两边相导线绕击闪络概率之和，由于猫头型和酒杯型杆塔两边相导线均位于不同的水平线上，因此在计算时可采用通用程序，唯一的差别即是在相同杆塔呼高情况下两种塔型对应的导线高度不同，酒杯型杆塔导线位置较猫头型杆塔导线位置高。在计算左右边相导线绕击闪络概率时关于先导入射角的积分上下限与避雷线保护角有关，对于图示的左边处于斜坡上的边相导线，其先导入射角的积分上下限为-90°～α，右边处于斜坡下的边相导线，其先导入射角的积分上下限为-α～90°。

具体步骤如下：

1)根据线路电压等级确定绕击耐雷水平；

2)雷电对避雷线和导线的击距为：

r_s＝r_c＝10I^0.65

雷电对大地的击距为：

3)雷电流积分上下限确定及绕击闪络率计算。根据三个雷电流幅值之间的 数值大小决定计算绕击闪络概率公式中外层积分的上下限，具体情况如下：

若I_min＜I_c＜I_max，则式为：

若I_c＜I_min＜I_max，则式为：

若I_min＜I_max＜I_c，则绕击闪络率直接为零，即不会发生线路绕击闪络：

SFR＝0

4)根据线路塔型搭建绕击计算模型；

5)根据绕击计算模型计算暴露投影距离，考虑了左、右两边相导线对地的实际距离，即：

式中，hsl、hsr分别为左、右上坡和下坡两侧避雷线对地高度，hcl、hcr分别为左、右上坡和下坡两侧导线对地高度，h为杆塔呼高(m)，L为塔头高度(m)， l为绝缘子串长(m)，φ为地面倾角(°)。在计算时考虑左、右两边相导线对地的实际距离实质上就是在如图所示建立的坐标系中对应各点的坐标会根据地面倾角的变化发生变化。

6)绕击率和绕击闪络率的计算

在考虑雷击先导入射角Ψ的情况下线路发生绕击的概率SFR为(次 /(100km·a))：

发生绕击且闪络的概率SFFORR为(次/(100km·a))：

式中，N_g为地闪密度(次/(km²·a))；

I_min为可发生绕击的最小雷电流，约为2～3kA；

I_c为能引起线路绕击闪络的临界雷电流，即线路绕击耐雷水平(kA)；

I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流，由最大击距确定(kA)；

P(I)为雷电流幅值概率密度函数；

p(Ψ)为先导入射角概率密度分布函数。

7)绕击跳闸率计算

N＝N_Lη(SFR)

建弧率η按下式计算：η＝(4.5E^0.75-14)×10^-2

其中

式中：U_e为线路额定电压(kV)；l_j为绝缘子串的放电距离(m)。

以上实施例仅用以说明而非限制本发明的技术方案，尽管上述实施例对本发明进行了详细说明，本领域的相关技术人员应当理解：可以对本发明进行修改或者同等替换，但不脱离本发明精神和范围的任何修改和局部替换均应涵盖在本发明的权利要求范围内。

Claims (8)

1.用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，综合考虑先导入射角范围、地面倾角、暴露投影距离的选取对绕击闪络耐雷性能的影响，其特征在于，包括：

第一步：确定线路绕击耐雷水平；

第二步：确定先导入射角范围；

第三步：建立考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型；

第四步：选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离；

第五步：推导暴露投影距离；

第六步：计算绕击率和绕击闪络率；

第七步：计算线路绕击跳闸率。

2.根据权利要求1所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第一步的线路绕击耐雷水平的确定方法是：其计算式为：

式中，I_c为线路绕击耐雷水平，单位为kA，U_50％为线路用绝缘子串的50％冲击闪络电压值，单位为kV，Z为输电线波阻抗，取400Ω。

3.根据权利要求1所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第二步的先导入射角范围的确定方法是：

设α为保护角，Ψ为先导入射角，定义垂直地面入射时先导入射角为0°，从垂线左侧入射先导入射角为负，右侧入射为正，雷电先导不会从水平面下方斜入射击中导线，入射角的范围在-90°～90°间，分别以杆塔处避雷线S和导线C为中心，以R_s、R_c为半径作圆，再做两圆的公切线，与垂线形成的夹角Ψ即为绕击发生的最大先导入射角，最大先导入射角与避雷线保护角相等；当Ψ角变大时，直到最大90°，先导都有可能击中导线形成绕击，而Ψ角变小时的先导将要么击中避雷线，要么击中大地，对导线形成了完全屏蔽；

先导入射角概率密度分布满足式：

其中：

式中，系数K_m通过归一化条件求得，m＝1时，K_m＝1/2，m＝2时，K_m＝2/π，取m＝2，则先导入射角的概率密度分布函数为：

4.根据权利要求1所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第三步的考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型的建立方法是：设φ为地面倾角，h_s为避雷线高度，h_c为导线高度，α为保护角，r_s、r_c、r_g分别为先导对避雷线、导线和大地的击距，分别以杆塔处避雷线S和导线C为中心，以r_s、r_c为半径作弧线相交于B点，再以r_g为高度作一与地面平行的直线EF，与以C为中心的圆弧相交于E点，离避雷线S距离为b/2，b为两根避雷线的水平距离，处做一垂直于水平面的虚线，此线与以r_s为半径的弧交于A点，点A′、S′、C′、B′、E′分别为A、S、C、B、E点在水平面上的投影，弧为线路屏蔽弧，落在弧上的雷将击中避雷线，弧为暴露弧，落在弧上的雷将击中导线，射线EF为地面的屏蔽弧，落在直线EF上的雷将击中大地，分别沿着与直线AA′，BB′，EE′成Ψ角的方向作直线AM、BN、EG，表示雷击方向，而OM、PN、KG表示先导在未发生偏折前是垂直于水平面向下发展的，连接AB、BE，则AB、BE分别是与弧对应的弦长，过A点作与BN垂直的直线相交于A″，同样过B点作与EG垂直的直线相交于B″，则BA″、EB″分别是弧在雷击入射方向上的投影长度，BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离，若雷电先导落入暴露投影距离BB″这一范围内，则导线C将会被先导入射角为Ψ的雷击中，若先导落入其他范围，则避雷线和大地对此先导入射角下的雷形成有效屏蔽，雷电流要么击中地线经避雷线流入大地，要么击中地面直接注入大地。

5.根据权利要求4所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第四步的选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离的方法包括：

采用IEEE标准所推荐的击距公式，雷电对避雷线和导线的击距为：

r_s＝r_c＝10I^0.65

雷电对大地的击距为：

雷电流上下限的选取方法为：

根据改进的电气几何模型，设CE线段与水平面的夹角为θ₁、CB线段与水平面的夹角为θ₂，则θ₁、θ₂可由以下公式计算得出：

令θ₁＝θ₂，解得最大击距r_max，再根据击距与雷电流幅值之间的函数关系解得最大绕击雷电流；

发生绕击的最小雷电流I_min、发生绕击闪络的临界雷电流I_c和发生绕击的最大雷电流I_max的三个雷电流幅值之间的数值大小决定了计算绕击闪络概率公式中外层积分的上下限，具体情况如下：

若I_min＜I_c＜I_max，则式为：

若I_c＜I_min＜I_max，则式为：

若I_min＜I_max＜I_c，则绕击闪络率直接为零，即不会发生线路绕击闪络：

SFR＝0；

BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离。

6.根据权利要求5所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第五步的推导暴露投影距离的方法包括：

以S′为坐标原点(0，0)，水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向，SC在水平面上的投影S′C′用l表示，则l＝(h_s-h_c)tanα，从而S点和C点的坐标分别为(0，h_s)、(l，h_c)，因此B点的坐标(x_B，y_B)可通过解下面的方程组得到：

E点的坐标(x_E，y_E)可通过解下面的方程组得到：

从而直线EG的方程为：

y-y_E＝tan(90-ψ)(x-x_E)

垂直于直线EG且过点B(x_B，y_B)的方程为：

联立式即可解得点B″的坐标(x_B″，y_B″)，从而暴露投影距离BB″的长度为：

7.根据权利要求6所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第六步的计算绕击率和绕击闪络率的方法包括：

在考虑雷击先导入射角Ψ的情况下线路发生绕击的概率SFR为：

单位为次/(100km·a)

发生绕击且闪络的概率SFFORR为：

式中，N_g为地闪密度，单位为次/(km²·a)；

I_min为可发生绕击的最小雷电流，约为2～3kA；

I_c为能引起线路绕击闪络的临界雷电流，即线路绕击耐雷水平，单位为kA；

I_max为能引起绕击闪络的最大雷电流，由最大击距确定，单位为kA；

P(I)为雷电流幅值概率密度函数；

p(Ψ)为先导入射角概率密度分布函数。

8.根据权利要求7所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第七步的计算线路绕击跳闸率的方法包括：

绕击跳闸率可按照下式计算：

N＝N_Lη(SFR)

式中，N_L为每100公里线路年落雷次数，单位为次/(100km·a)，根据雷电监测实际数据获得；

建弧率η按下式计算：

η＝(4.5E^0.75-14)×10^-2

式中，E为绝缘子串的平均运行电压梯度有效值，单位为kV/m，对于中性点直接接地系统：

式中：U_e为线路额定电压，单位为kV；l_j为绝缘子串的放电距离单位为m。