CN110865267B - 一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，其特征在于，搭建了一个测试系统，系统包括了冲击电压发生器、数据测量分析控制模块、无线电流传感器、同轴电缆、第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔、避雷线、A相线路、B相线路、C相线路。并基于实际测试结果利用粒子群算法对绕击耐雷水平公式进行优化，最后基于优化后的结果计算绕击跳闸率。本发明的有益效果在于利用粒子群算法能够更加真实的对典型110kV输电线路绕击跳闸率进行测试。

Description

一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法

技术领域

本发明涉及雷电防护技术领域，更具体地，涉及一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法。

背景技术

随着电网规模的不断扩大，输电线路覆盖的面积日益增大，许多线路横跨千里，由于输电距离较长、横跨范围广,不可避免穿越高山，峡谷等自然灾害多发区域。运行经验表明同塔多回线路绕击跳闸多发生于山区，山区雷电强烈，对于线路绕击耐雷水平影响很大，造成线路绕击跳闸率较高。对110kV及以上线路跳闸原因进行统计，雷电是造成线路跳闸的最主要原因。历年来，南网110kV及以上电压等级线路中，雷电引发跳闸占线路总跳闸比例长期高于60％，尽管杆塔接地电阻已普遍很低，且不少线路架设了避雷器，但绕击跳闸仍时有发生。南方电网及其各子公司近年来针对输电线路开展了大量的防雷改造及专项技术整改措施，但南网五省广大区域地处热带和亚热带季风区域，尤其广东、广西、海南位于沿海地区，常年雷电活动频繁，雷电对输电设施的侵扰始终无法避免。

线路防雷措施的制定因缺乏雷击参数作依据而带有一定的盲目性，需通过对雷击参数的精确测量，获取雷电参数的原始信息。为了准确的对雷电参数进行采集以及对线路绕击跳闸率进行精确测评，迫切需要提供一种智能评估方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，包含一种较为精确的110kV输电线路绕击跳闸率的评估系统。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估系统，包括冲击电压发生器、数据测量分析控制模块、无线电流传感器、同轴电缆引线、第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔、避雷线、A相线路、B相线路、C相线路；

所述冲击电压发生器的输出端通过同轴电缆引线连接至第一基杆塔的C相线路，无线电流传感器套接在同轴电缆引线上；

所述避雷线将第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔连接起来；

进一步地，所述第一基杆塔包括杆塔主体一、A相绝缘子串一、B相绝缘子串一、C相绝缘子串一、接地引下线一、接地装置一以及沙池；A相绝缘子串一两端分别连接杆塔主体一与A相线路，B相绝缘子串一两端分别连接杆塔主体一与B相线路，C相绝缘子串一两端分别连接杆塔主体一与C相线路；杆塔主体一底部通过接地引下线一连接到接地装置一上，接地装置一埋设在沙池中，并且沙池中装有平原土质土壤。

进一步地，所述第二基杆塔包括杆塔主体二、A相绝缘子串二、B相绝缘子串二、C相绝缘子串二、接地引下线二、接地装置二；A相绝缘子串二两端分别连接杆塔主体二与A相线路，B相绝缘子串二两端分别连接杆塔主体二与B相线路，C相绝缘子串二两端分别连接杆塔主体二与C相线路；杆塔主体二底部通过接地引下线二连接到接地装置二上，接地装置二埋设在土壤中。

进一步地，所述第三基杆塔包括杆塔主体三、A相绝缘子串三、B相绝缘子串三、C相绝缘子串三、接地引下线三、接地装置三；A相绝缘子串三两端分别连接杆塔主体三与A相线路，B相绝缘子串三两端分别连接杆塔主体三与B相线路，C相绝缘子串三两端分别连接杆塔主体三与C相线路；杆塔主体三底部通过接地引下线三连接到接地装置三上，接地装置三埋设在土壤中。

进一步地，所述数据测量分析控制模块包含高压差分探头一、高压差分探头二、高压差分探头三、数据采集器、无线接收模块、上位机、信号控制器；其中高压差分探头一、高压差分探头二、高压差分探头三分别接在A相绝缘子串一、B相绝缘子串一、C相绝缘子串一的两端，并通过数据采集器连接到上位机上；无线接收模块将无线电流传感器采集的电流传输至上位机；上位机通过控制信号控制器改变冲击电压发生器的输出电压。

一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，包括以下步骤：

S1：模拟雷电绕击输电线路，并进行耐雷水平测试；

S2：改变C相导线半径r从2.25mm开始，每间隔Δθ取一个导线半径，并重复进行第一步，测得不同导线半径下的绕击耐雷水平；

S3：由下式计算不同导线半径下，绕击耐雷水平理论值I：

式中，Z₀为雷电通道波阻抗，h_b为边相导线高度，r为导线半径，l_j为绝缘子串长度，μ₀为真空中的磁导率，ε₀为真空的介电常数，η为积分变量，m为误差系数；

S4：采用粒子群优化算法对耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使耐雷水平实测值与理论值误差最小的m值；

S5：将步骤S4优化后的绕击耐雷水平理论计算公式(4)代入下式，可以得出优化后的绕击跳闸率理论公式：

式中，R为直击跳闸率，M为年落雷日数，I_r为绕击耐雷水平，H_b为避雷线与杆塔连接处的离地高度，h_arc为避雷线弧垂，L_xj为绝缘子串闪络距离，θ为避雷线对边相导线的保护角，h为塔杆高度，U₁为线路额定电压。

进一步地，所述步骤S1的具体过程是：

1)、打开冲击电压发生器，输出幅值为U的冲击电压至第一基杆塔的C相线路，无线电流传感器记录注入第一基杆塔的C相线路的冲击电流，并无线传输至无线接收模块，进而传输至上位机；同时高压差分探头一、高压差分探头二、高压差分探头三分别测量A相绝缘子串一、B相绝缘子串一、C相绝缘子串一两端的过电压，并通过数据采集器传输至上位机上，上位机控制信号控制器关闭冲击电压发生器，并判断A相绝缘子串一、B相绝缘子串一、C相绝缘子串一是否发生闪络；

2)、若有绝缘子串发生闪络，则通过信号控制器使冲击电压发生器输出的冲击电压幅值减小ΔU，再次打开冲击电压发生器，重复上述方法，直到绝缘子串刚好都不发生闪络，则将前一次测得的冲击电流幅值I_c作为耐雷水平；若发现绝缘子串均未闪络，则通过信号控制器使冲击电压发生器输出的冲击电压幅值增加ΔU，再次打开冲击电压发生器，重复上述方法，直到发现某一个绝缘子串刚好发生闪络，则将这一次测得的冲击电流幅值I_r0作为绕击耐雷水平

进一步地，所述步骤S4的具体过程是：

1)、生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；

2)、按照式(3)计算目标函数值：

式中，g(m)表示目标函数，I_i为第i个土壤电阻率情况下的耐雷水平理论计算值，I_ci为第i个土壤电阻率情况下的耐雷水平实测值，n为数据组数；

3)、更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；

4)、更新每个粒子的速度和位置；

5)、若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果，否则返回第2)步；

6)、根据优化得出最优值m₀代入以下公式(4)，为优化后的理论公式：

式(4)中，I_r为优化后的绕击耐雷水平理论计算值。

其中，C相导线半径的范围是：2.25mm<r<9mm，其中r为C相导线半径；Δθ的取值为0.5mm。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：

本发明准确对不同导线半径下雷绕击输电线路耐雷水平进行测试；通过测量与理论相结合的方法，对绕击跳闸率公式进行了修正；通过上位机完成主要的操作与控制，操作方便智能，安全可靠，对耐雷水平的测试具有普适性。

附图说明

图1为本发明装置的结构图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；

对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。

实施例1

如图1所示，一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估系统，包括冲击电压发生器11、数据测量分析控制模块17、无线电流传感器7同轴电缆引线24、第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23、避雷线81、A相线路91、B相线路92、C相线路93；

冲击电压发生器11的输出端通过同轴电缆引线24连接至第一基杆塔21的C相线路93，无线电流传感器7套接在同轴电缆引线24上；

避雷线81将第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23连接起来；

第一基杆塔21包括杆塔主体一101、A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133、接地引下线一161、接地装置一61以及沙池5；A相绝缘子串一131两端分别连接杆塔主体一101与A相线路91，B相绝缘子串一132两端分别连接杆塔主体一101与B相线路92，C相绝缘子串一133两端分别连接杆塔主体一101与C相线路93；杆塔主体一101底部通过接地引下线一161连接到接地装置一61上，接地装置一61埋设在沙池5中，并且沙池5中装有平原土质土壤18。

第二基杆塔22包括杆塔主体二102、A相绝缘子串二141、B相绝缘子串二142、C相绝缘子串二143、接地引下线二162、接地装置二62；A相绝缘子串二141两端分别连接杆塔主体二102与A相线路91，B相绝缘子串二142两端分别连接杆塔主体二102与B相线路92，C相绝缘子串二143两端分别连接杆塔主体二102与C相线路93；杆塔主体二102底部通过接地引下线二162连接到接地装置二62上，接地装置二62埋设在土壤中。

第三基杆塔23包括杆塔主体三103、A相绝缘子串三151、B相绝缘子串三152、C相绝缘子串三153、接地引下线三163、接地装置三63；A相绝缘子串三151两端分别连接杆塔主体三103与A相线路91，B相绝缘子串三152两端分别连接杆塔主体三103与B相线路92，C相绝缘子串三153两端分别连接杆塔主体三103与C相线路93；杆塔主体三103底部通过接地引下线三163连接到接地装置三63上，接地装置三63埋设在土壤中。

数据测量分析控制模块17包含高压差分探头一41、高压差分探头二42、高压差分探头三43、数据采集器3、无线接收模块2、上位机1、信号控制器12；其中高压差分探头一41、高压差分探头二42、高压差分探头三43分别接在A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133的两端，并通过数据采集器3连接到上位机1上；无线接收模块2将无线电流传感器7采集的电流传输至上位机1；上位机1通过控制信号控制器12改变冲击电压发生器11的输出电压。

实施例2

一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，包括以下步骤：

S1：模拟雷电绕击输电线路，并进行耐雷水平测试；

S2：根据导线半径不同，2.25mm<r<9mm，其中r为C相导线半径，改变导线半径r从2.25mm开始，每间隔0.5mm取一个导线半径，并重复进行第一步，测得不同导线半径下的绕击耐雷水平；

S3：由下式计算不同导线半径下，绕击耐雷水平理论值I：

式中Z₀为雷电通道波阻抗，h_b为边相导线高度，r为导线半径，l_j为绝缘子串长度，μ₀为真空中的磁导率，ε₀为真空的介电常数，η为积分变量，m为误差系数；

S4：采用粒子群优化算法对耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使耐雷水平实测值与理论值误差最小的m值；

S5：将步骤S4优化后的绕击耐雷水平理论计算公式(4)代入下式(2)中，可以得出优化后的绕击跳闸率理论公式：

式中，R为直击跳闸率，M为年落雷日数，I_r为绕击耐雷水平，H_b为避雷线与杆塔连接处的离地高度，h_arc为避雷线弧垂，L_xj为绝缘子串闪络距离，θ为避雷线对边相导线的保护角，h为塔杆高度，U₁为线路额定电压。

步骤S1的具体过程是：

1)、打开冲击电压发生器11，输出幅值为U的冲击电压至第一基杆塔21的C相线路93，无线电流传感器7记录注入第一基杆塔21的C相线路93的冲击电流，并无线传输至无线接收模块2，进而传输至上位机1；同时高压差分探头一41、高压差分探头二42、高压差分探头三43分别测量A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133两端的过电压，并通过数据采集器3传输至上位机1上，上位机1控制信号控制器12关闭冲击电压发生器11，并判断A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133是否发生闪络；

2)、若有绝缘子串发生闪络，则通过信号控制器12使冲击电压发生器11输出的冲击电压幅值减小ΔU，再次打开冲击电压发生器11，重复上述方法，直到绝缘子串刚好都不发生闪络，则将前一次测得的冲击电流幅值I_c作为耐雷水平；若发现绝缘子串均未闪络，则通过信号控制器12使冲击电压发生器11输出的冲击电压幅值增加ΔU，再次打开冲击电压发生器11，重复上述方法，直到发现某一个绝缘子串刚好发生闪络，则将这一次测得的冲击电流幅值I_r0作为绕击耐雷水平

步骤S4的具体过程是：

1)、生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；

2)、按照式(3)计算目标函数值：

式中，g(m)表示目标函数，I_i为第i个土壤电阻率情况下的耐雷水平理论计算值，I_ci为第i个土壤电阻率情况下的耐雷水平实测值，n为数据组数；

3)、更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；

4)、更新每个粒子的速度和位置；

5)、若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果，否则返回第2)步；

6)、根据优化得出最优值m₀代入以下公式(4)，为优化后的理论公式：

式(4)中，I_r为优化后的绕击耐雷水平理论计算值。

相同或相似的标号对应相同或相似的部件；

附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，其特征在于，首先建立了一个评估系统，该系统包括冲击电压发生器(11)、数据测量分析控制模块(17)、无线电流传感器(7)、同轴电缆引线(24)、第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)、避雷线(81)、A相线路(91)、B相线路(92)、C相线路(93)；

所述冲击电压发生器(11)的输出端通过同轴电缆引线(24)连接至第一基杆塔(21)的C相线路(93)，无线电流传感器(7)套接在同轴电缆引线(24)上；

所述避雷线(81)将第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)连接起来；

所述第一基杆塔(21)包括杆塔主体一(101)、A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)、接地引下线一(161)、接地装置一(61)以及沙池(5)；A相绝缘子串一(131)两端分别连接杆塔主体一(101)与A相线路(91)，B相绝缘子串一(132)两端分别连接杆塔主体一(101)与B相线路(92)，C相绝缘子串一(133)两端分别连接杆塔主体一(101)与C相线路(93)；杆塔主体一(101)底部通过接地引下线一(161)连接到接地装置一(61)上，接地装置一(61)埋设在沙池(5)中，并且沙池(5)中装有平原土质土壤(18)；

所述第二基杆塔(22)包括杆塔主体二(102)、A相绝缘子串二(141)、B相绝缘子串二(142)、C相绝缘子串二(143)、接地引下线二(162)、接地装置二(62)；A相绝缘子串二(141)两端分别连接杆塔主体二(102)与A相线路(91)，B相绝缘子串二(142)两端分别连接杆塔主体二(102)与B相线路(92)，C相绝缘子串二(143)两端分别连接杆塔主体二(102)与C相线路(93)；杆塔主体二(102)底部通过接地引下线二(162)连接到接地装置二(62)上，接地装置二(62)埋设在土壤中；

所述第三基杆塔(23)包括杆塔主体三(103)、A相绝缘子串三(151)、B相绝缘子串三(152)、C相绝缘子串三(153)、接地引下线三(163)、接地装置三(63)；A相绝缘子串三(151)两端分别连接杆塔主体三(103)与A相线路(91)，B相绝缘子串三(152)两端分别连接杆塔主体三(103)与B相线路(92)，C相绝缘子串三(153)两端分别连接杆塔主体三(103)与C相线路(93)；杆塔主体三(103)底部通过接地引下线三(163)连接到接地装置三(63)上，接地装置三(63)埋设在土壤中；

所述数据测量分析控制模块(17)包含高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)、数据采集器(3)、无线接收模块(2)、上位机(1)、信号控制器(12)；其中高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)分别接在A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)的两端，并通过数据采集器(3)连接到上位机(1)上；无线接收模块(2)将无线电流传感器(7)采集的电流传输至上位机(1)；上位机(1)通过控制信号控制器(12)改变冲击电压发生器(11)的输出电压；

该方法的步骤包括：

S1：模拟雷电绕击输电线路，并进行耐雷水平测试；

S2：改变C相导线半径r从2.25mm开始，每间隔Δθ取一个导线半径，并重复进行第一步，测得不同导线半径下的绕击耐雷水平；

S3：由下式计算不同导线半径下，绕击耐雷水平理论值I：

式中Z₀为雷电通道波阻抗，h_b为边相导线高度，r为导线半径，l_j为绝缘子串长度，μ₀为真空中的磁导率，ε₀为真空的介电常数，η为积分变量，m为误差系数；

S4：采用粒子群优化算法对耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使耐雷水平实测值与理论值误差最小的m值；

S5：将步骤S4优化后的绕击耐雷水平理论计算公式(4)代入下式(2)中，可以得出优化后的绕击跳闸率理论公式：

式中，R为直击跳闸率，M为年落雷日数，I_r为绕击耐雷水平，H_b为避雷线与杆塔连接处的离地高度，h_arc为避雷线弧垂，L_xj为绝缘子串闪络距离，θ为避雷线对边相导线的保护角，h为杆塔高度，U₁为线路额定电压。

2.根据权利要求1所述的110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，其特征在于，所述步骤S1的具体过程是：

1)、打开冲击电压发生器(11)，输出幅值为U的冲击电压至第一基杆塔(21)的C相线路(93)，无线电流传感器(7)记录注入第一基杆塔(21)的C相线路(93)的冲击电流，并无线传输至无线接收模块(2)，进而传输至上位机(1)；同时高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)分别测量A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)两端的过电压，并通过数据采集器(3)传输至上位机(1)上，上位机(1)控制信号控制器(12)关闭冲击电压发生器(11)，并判断A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)是否发生闪络；

2)、若有绝缘子串发生闪络，则通过信号控制器(12)使冲击电压发生器(11)输出的冲击电压幅值减小ΔU，再次打开冲击电压发生器(11)，重复上述方法，直到绝缘子串刚好都不发生闪络，则将前一次测得的冲击电流幅值I_c作为耐雷水平；若发现绝缘子串均未闪络，则通过信号控制器(12)使冲击电压发生器(11)输出的冲击电压幅值增加ΔU，再次打开冲击电压发生器(11)，重复上述方法，直到发现某一个绝缘子串刚好发生闪络，则将这一次测得的冲击电流幅值I_r0作为绕击耐雷水平。

3.根据权利要求1所述的110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，其特征在于，所述步骤S4的具体过程是：

1)、生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；

2)、按照式(3)计算目标函数值：

式中，g(m)表示目标函数，I_i为第i个土壤电阻率情况下的耐雷水平理论计算值，I_ci为第i个土壤电阻率情况下的耐雷水平实测值，n为数据组数；

3)、更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；

4)、更新每个粒子的速度和位置；

5)、若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果，否则返回第2)步；

6)、根据优化得出最优值m₀代入以下公式(4)，为优化后的理论公式：

式(4)中，I_r为优化后的绕击耐雷水平理论计算值。

4.根据权利要求1所述的110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，其特征在于，所述步骤S2中，C相导线半径的范围是：2.25mm<r<9mm，其中r为C相导线半径。

5.根据权利要求1所述的110kV输电线路绕击跳闸率的评估方法，其特征在于，步骤S2中Δθ的取值为0.5mm。

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