CN110162914A - 限流器绝缘水平计算系统、方法、装置及可读存储介质 - Google Patents

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CN110162914A CN201910464599.7A CN201910464599A CN110162914A CN 110162914 A CN110162914 A CN 110162914A CN 201910464599 A CN201910464599 A CN 201910464599A CN 110162914 A CN110162914 A CN 110162914A
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莫文雄
蔡汉生
王勇
乔胜亚
朱璐
施健
胡泰山
刘刚
贾磊
梅琪
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Guangzhou Power Supply Bureau Co Ltd
Research Institute of Southern Power Grid Co Ltd
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    • G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation

Abstract

本申请公开了一种限流器绝缘水平计算系统、方法、装置及计算机可读存储介质，包括：雷电流计算模块，用于基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；绕击耐雷计算模块，用于利用最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；绕击过电压模块，用于利用绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；反击耐雷计算模块，用于基于杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；反击过电压模块，用于利用反击耐雷水平得到限流反击过电压；绝缘水平计算模块，用于利用限流绕击过电压和限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平；本申请综合计算了线路的雷电绕击和雷电反击对线路的影响，得到准确度更高的限流器的绝缘水平。

Description

限流器绝缘水平计算系统、方法、装置及可读存储介质
技术领域
本发明涉及高压电网领域，特别涉及一种限流器绝缘水平计算系统、方法、装置及计算机可读存储介质。
背景技术
随着电网迅速发展，短路电流超标已成为突出问题；随着电网规模不断扩大，上述问题仍在加剧，为此可以在特定的条件下采取一些必要的措施以降低短路电流，在线路上安装限流电抗器就是其中的一种。
采用耦合分裂电抗器实现大电流抑制与开断是近年出现的新技术。电抗器由两组相互反绕线圈组成，在高耦合度条件下，正常工况呈现低电抗，而在限流时呈现高电抗。高耦合电抗型限流器分为两段，每段基于两组高度耦合的线圈组成，正常运行时两支路都有电流通过，两组线圈产生的磁通在公共磁路内相互抵消，使得线圈对外只表现出很小的漏电感；由于短路故障等原因，快速开关开断，将限流电抗器的一支臂断开，使两支路电流不均衡或只有单个支路通流的情况下，线圈产生的磁通较大，对应的电感线圈对外表现为较大的电感，能有效限制对应支路的故障电流。其中，每段限流线圈两端各配置1只真空快速快关(由2只真空断路器组成，共用一套操动机构)，整个限流电抗器共配置8只真空断路器。
限流器分为两段，每段基于两组高度耦合的线圈组成，正常运行时两支路都有电流通过，两组线圈产生的磁通在公共磁路内相互抵消，使得线圈对外只表现出很小的漏电感；由于短路故障等原因，快速开关开断，将限流电抗器的一支臂断开，使两支路电流不均衡或只有单个支路通流的情况下，线圈产生的磁通较大，对应的电感线圈对外表现为较大的电感，能有效限制对应支路的故障电流。
线路装设限流电抗器后，由于限流电抗器的影响，线路断路器跳闸瞬间其断口恢复电压陡度会提高，可能影响断路器正常开断，因此需要考虑在限流器两端加设保护电容，根据计算得到不同情况下限抗器的过电压水平，并根据计算用以指导限流器的设计参数。
所以，本发明在此提出一种适用范围更全面，准确度更高的限流器的绝缘水平，以更准确指导限流器的参数设计。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种限流器绝缘水平计算系统、方法、装置及计算机可读存储介质。其具体方案如下：
一种限流器绝缘水平计算系统，包括：
雷电流计算模块，用于基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；
绕击耐雷计算模块，用于利用所述最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；
绕击过电压模块，用于利用所述绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；
反击耐雷计算模块，用于基于所述杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；
反击过电压模块，用于利用所述反击耐雷水平得到限流反击过电压；
绝缘水平计算模块，用于利用所述限流绕击过电压和所述限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
可选的，述反击过电压模块，具体用于基于相交法，利用所述反击耐雷水平得到所述限流反击过电压。
可选的，所述绝缘水平计算模块，包括：
绕击绝缘计算单元，用于利用所述限流绕击过电压，得到所述限流器的绕击绝缘水平；
反击绝缘计算单元，用于利用所述限流反击过电压，得到所述限流器的反击绝缘水平；
绝缘水平筛选单元，用于从所述绕击绝缘水平和所述反击绝缘水平中筛选出最大值，作为所述限流器的所述绝缘水平。
可选的，所述雷电流计算模块，包括：
最大击距计算单元，用于利用最大击距表达式和击距系数公式，得到最大击距；
绕击雷电流计算单元，用于利用所述最大击距和击距公式，得到所述最大绕击雷电流；
其中，所述最大击距表达式为：
式中，rsm表示所述最大击距，β＝α+θ，d＝(h2-h1)/cosθ，h2、h1分别表示避雷线对地平均高度和导线对地平均高度，θ为避雷线保护角，α为地面倾角，k为击距系数，且k<1。
本发明还公开了一种限流器绝缘水平计算方法，包括：
基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；
利用所述最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；
利用所述绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；
基于所述杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；
利用所述反击耐雷水平得到限流反击过电压；
利用所述限流绕击过电压和所述限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
可选的，所述基于电气几何模型法，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流的过程，包括：
利用最大击距表达式和击距系数公式，得到最大击距；
利用所述最大击距和击距公式，得到所述最大绕击雷电流；
其中，所述最大击距表达式为：
式中，rsm表示所述最大击距，β＝α+θ，d＝(h2-h1)/cosθ，h2、h1分别表示避雷线对地平均高度和导线对地平均高度，θ为避雷线保护角，α为地面倾角，k为击距系数，且k<1。
可选的，所述击距系数公式，包括：
或
或k＝1.066-h/216.45；
式中，U表示导线承载电压。
可选的，所述击距公式，包括：rs＝10I0.65或rs＝6.72I0.8；
式中，rs表示击距，I表示所述最大绕击雷电流。
本发明还公开了一种限流器绝缘水平计算装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如前述的限流器绝缘水平计算方法。
本发明还公开了一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如前述的限流器绝缘水平计算方法。
本发明中，限流器绝缘水平计算系统，包括：雷电流计算模块，用于基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；绕击耐雷计算模块，用于利用最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；绕击过电压模块，用于利用绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；反击耐雷计算模块，用于基于杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；反击过电压模块，用于利用反击耐雷水平得到限流反击过电压；绝缘水平计算模块，用于利用限流绕击过电压和限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
本发明综合计算了线路的雷电绕击和雷电反击对线路的影响，综合限流绕击过电压和限流反击过电压，得到适用范围更全面，准确度更高的限流器的绝缘水平，以更准确指导限流器的参数设计。
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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例公开的一种限流器绝缘水平计算系统结构示意图；
图2为本发明实施例公开的杆塔模型示意图；
图3为本发明实施例公开的一种限流器绝缘水平计算方法流程示意图。
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限流器绝缘水平计算系统，参见图1所示，该系统包括：
雷电流计算模块1，用于基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流。
具体的，参加图2所示，基于电气几何模型法建立的杆塔模型，得到以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，其中，原点为O，与水平面平行的过原点的直线为X轴，垂直于水平面的直线为Y轴；导线所在点B，其坐标为(a，－b)，a为导线和地线间的水平距离，b为导线和地线间的垂直距离，即b＝h2-h1，d为导线与避雷线间的距离，h2为避雷线对地平均高度，h1为导线对地平均高度。与地面平行的直线L离地面的距离为地面击距rsg，rss为避雷线的击距，rsc为导线的击距，θ为线路保护角，α为地面斜向下倾角，当圆弧PQ与圆弧MN的交点A(x1，y1)恰好在直线L上时有最大击距rsm。
进一步的，雷电流计算模块1可以包括最大击距计算单元和绕击雷电流计算单元；其中，
最大击距计算单元，用于利用最大击距表达式和击距系数公式，得到最大击距。
具体的，基于工程杆塔坐标系可以建立最大击距表达式，进而利用最大击距表达式和击距系数k，可以求得最大击距，其中，击距系数可以采用多种击距系数公式求得，不同击距系数公式的击距系数代入最大击距表达式中求得最大击距将会有一定的不同，此时可以添加预设的筛选条件，筛选出不满足筛选条件的最大击距，从而选出最优的最大击距。
其中，最大击距表达式为：
式中，β＝α+θ，d＝(h2-h1)/cosθ，h2、h1分别表示避雷线对地平均高度和导线对地平均高度，θ为避雷线保护角，α为地面倾角，k为击距系数，且k<1。
击距系数公式包括：
或
或k＝1.066-h/216.45；
式中，U表示导线承载电压。
具体的，可以分别利用上述三种击距系数公式计算出三种击距系数，分别代入最大击距表达式，求得三种最大击距，此时可以根据预先设定的筛选条件，例如，舍去最大值和最小值或取平均值等操作，筛选出最优的最大击距。
当然，也可以从三种击距系数公式直接选定一种击距系数公式进行计算，对于击距系数公式的选定和击距系数的选择在此不做限定，用户可以根据实际应用情况添加相应的选择条件。
绕击雷电流计算单元，用于利用最大击距和击距公式，得到最大绕击雷电流。
具体的，得到最大击距后，可以代入击距公式得到最大绕击雷电流，由于击距公式可以包括两种，公式的选择过程类似于上述击距系数，可以分别利用两种击距公式先行求得两种最大绕击雷电流，根据预先设定的筛选条件，例如，舍去最大值和最小值或取平均值等操作，筛选出最优的最大绕击雷电流。
当然，也可以从两种击距公式直接选定一种击距公式进行计算，对于击距公式的选定和最大绕击雷电流的选择在此不做限定，用户可以根据实际应用情况添加相应的选择条件。
其中，击距公式，包括：rs＝10I0.65或rs＝6.72I0.8；
式中，rs表示击距，I表示最大绕击雷电流。
绕击耐雷计算模块2，用于利用最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平。
具体的，得到最大绕击雷电流后，可以得到相应的绕击耐雷水平，以用于计算后续所能够承载的限流绕击过电压。
绕击过电压模块3，用于利用绕击耐雷水平得到限流绕击过电压。
具体的，在得到绕击耐雷水平后，便可以根据绕击耐雷水平推算出线路所能承载的最大限流绕击过电压。
反击耐雷计算模块4，用于基于杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平。
具体的，在遭遇雷击后，线路中会产生极大的反击电流，限流器和站内设备会承受较高的雷电过电压，为此，需要计算限流反击过电压，所以首先基于杆塔模型，利用规程发计算线路的反击耐雷水平，以便后续计算限流反击过电压。
反击过电压模块5，用于利用反击耐雷水平得到限流反击过电压。
具体的，进线段遭受过大的反击电流会造成绝缘子闪络，限流器和站内设备会承受较高的雷电过电压；雷击线路杆塔顶部时，由于横担电位与导线电位相差很大，可能引起绝缘子串闪络，即发生反击。雷击杆塔顶部瞬间，负电荷运动产生的雷电流一部分沿杆塔向下传播，还有一部分沿避雷线向两侧传播。引起绝缘子串闪络的过电压除了主放电过程在导线上感应的过电压之外，更重要的原因是雷电流沿杆塔入地导致的塔顶和横担电位升高。
具体的，为更好的判断绝缘子是否发生冲击闪络，采用相交法，即当绝缘子串上的过电压波形与伏秒特性曲线相交时判断为闪络，与伏秒特性曲线不相交则不闪络；该方法考虑了电压作用时间对绝缘子串冲击闪络的影响，更为准确。
所以，得到反击耐雷水平后，可以根据相交法，利用反击耐雷水平得到限流反击过电压。
绝缘水平计算模块6，用于利用限流绕击过电压和限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
具体的，利用限流绕击过电压和限流反击过电压可以分别得到限流器的绕击绝缘水平和反击绝缘水平，通过进行综合选择，可以得到限流器的绝缘水平。
进一步的，绝缘水平计算模块6，可以包括绕击绝缘计算单元、反击绝缘计算单元和绝缘水平筛选单元；其中，
绕击绝缘计算单元，用于利用限流绕击过电压，得到限流器的绕击绝缘水平；
反击绝缘计算单元，用于利用限流反击过电压，得到限流器的反击绝缘水平；
绝缘水平筛选单元，用于从绕击绝缘水平和反击绝缘水平中筛选出最大值，作为限流器的绝缘水平。
具体的，得到限流器的绕击绝缘水平和反击绝缘水平后，可以选择最大的绝缘水平作为最终的限流器的绝缘水平，从而同时满足两种情境下的绝缘要求，保证系统的安全性。
可见，本发明实施例综合计算了线路的雷电绕击和雷电反击对线路的影响，综合限流绕击过电压和限流反击过电压，得到适用范围更全面，准确度更高的限流器的绝缘水平，以更准确指导限流器的参数设计。
相应的，本繁忙实施例还公开了一种限流器绝缘水平计算方法，参见图3所示，包括：
S11：基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；
S12：利用最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；
S13：利用绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；
S14：基于杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；
S15：利用反击耐雷水平得到限流反击过电压；
S16：利用限流绕击过电压和限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
具体的，上述S15利用反击耐雷水平得到限流反击过电压的具体过程可以为基于相交法，利用反击耐雷水平得到限流反击过电压。
具体的，上述S16利用限流绕击过电压和限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平的过程，可以包括S161至S163；其中，
S161：利用限流绕击过电压，得到限流器的绕击绝缘水平；
S162：反击绝缘计算单元，用于利用限流反击过电压，得到限流器的反击绝缘水平；
S163：绝缘水平筛选单元，用于从绕击绝缘水平和反击绝缘水平中筛选出最大值，作为限流器的绝缘水平。
具体的，上述S11基于电气几何模型法，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流的过程，可以包括S111和S112；其中，
S111：利用最大击距表达式和击距系数公式，得到最大击距；
S112：利用最大击距和击距公式，得到最大绕击雷电流；
其中，最大击距表达式为：
式中，rsm表示最大击距，β＝α+θ，d＝(h2-h1)/cosθ，h2、h1分别表示避雷线高度和导线高度，θ为避雷线保护角，α为地面倾角，k为击距系数，且k<1。
其中，上述击距系数公式，包括：
或
或k＝1.066-h/216.45；
式中，U表示导线承载电压。
上述击距公式，包括：rs＝10I0.65或rs＝6.72I0.8；
式中，rs表示击距，I表示最大绕击雷电流。
此外，本发明实施例还公开了一种限流器绝缘水平计算装置，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行计算机程序以实现如前述的限流器绝缘水平计算方法。
另外，本发明实施例还公开了一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现如前述的限流器绝缘水平计算方法。
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。
专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上对本发明所提供的技术内容进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种限流器绝缘水平计算系统，其特征在于，包括：
雷电流计算模块，用于基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；
绕击耐雷计算模块，用于利用所述最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；
绕击过电压模块，用于利用所述绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；
反击耐雷计算模块，用于基于所述杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；
反击过电压模块，用于利用所述反击耐雷水平得到限流反击过电压；
绝缘水平计算模块，用于利用所述限流绕击过电压和所述限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
2.根据权利要求1所述的限流器绝缘水平计算系统，其特征在于，所述反击过电压模块，具体用于基于相交法，利用所述反击耐雷水平得到所述限流反击过电压。
3.根据权利要求1所述的限流器绝缘水平计算系统，其特征在于，所述绝缘水平计算模块，包括：
绕击绝缘计算单元，用于利用所述限流绕击过电压，得到所述限流器的绕击绝缘水平；
反击绝缘计算单元，用于利用所述限流反击过电压，得到所述限流器的反击绝缘水平；
绝缘水平筛选单元，用于从所述绕击绝缘水平和所述反击绝缘水平中筛选出最大值，作为所述限流器的所述绝缘水平。
4.根据权利要求1至3任一项所述的限流器绝缘水平计算系统，其特征在于，所述雷电流计算模块，包括：
最大击距计算单元，用于利用最大击距表达式和击距系数公式，得到最大击距；
绕击雷电流计算单元，用于利用所述最大击距和击距公式，得到所述最大绕击雷电流；
其中，所述最大击距表达式为：
式中，rsm表示所述最大击距，β＝α+θ，d＝(h2-h1)/cosθ，h2、h1分别表示避雷线对地平均高度和导线对地平均高度，θ为避雷线保护角，α为地面倾角，k为击距系数，且k<1。
5.一种限流器绝缘水平计算方法，其特征在于，包括：
基于电气几何模型法建立的杆塔模型，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流；
利用所述最大绕击雷电流得到绕击耐雷水平；
利用所述绕击耐雷水平得到限流绕击过电压；
基于所述杆塔模型，利用规程法得到反击耐雷水平；
利用所述反击耐雷水平得到限流反击过电压；
利用所述限流绕击过电压和所述限流反击过电压，得到限流器的绝缘水平。
6.根据权利要求1所述的限流器绝缘水平计算方法，其特征在于，所述基于电气几何模型法，利用以避雷线为原点的工程杆塔坐标系，计算最大绕击雷电流的过程，包括：
利用最大击距表达式和击距系数公式，得到最大击距；
利用所述最大击距和击距公式，得到所述最大绕击雷电流；
其中，所述最大击距表达式为：
式中，rsm表示所述最大击距，β＝α+θ，d＝(h2-h1)/cosθ，h2、h1分别表示避雷线对地平均高度和导线对地平均高度，θ为避雷线保护角，α为地面倾角，k为击距系数，且k<1。
7.根据权利要求6所述的限流器绝缘水平计算方法，其特征在于，所述击距系数公式，包括：
或
或k＝1.066-h/216.45；
式中，U表示导线承载电压。
8.根据权利要求6所述的限流器绝缘水平计算方法，其特征在于，所述击距公式，包括：rs＝10I0.65或rs＝6.72I0.8；
式中，rs表示击距，I表示所述最大绕击雷电流。
9.一种限流器绝缘水平计算装置，其特征在于，包括：
存储器，用于存储计算机程序；
处理器，用于执行所述计算机程序以实现如权利要求5至8任一项所述的限流器绝缘水平计算方法。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求5至8任一项所述的限流器绝缘水平计算方法。
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