CN110865269B - 一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法 - Google Patents

Abstract

一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，其特征在于搭建了一个试验平台，该试验平台主要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、第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔、避雷线一、避雷线二、A相线路、B相线路、C相线路，基于所建立的试验平台进行绕击跳闸率测评：将C相线路连接冲击电压发生器，冲击电压发生器连接线上环绕无线电流传感器，将测量数据由无线电流传感器反馈给数据测量分析控制模块，利用绕击耐雷水平实测值，结合粒子群算法优化绕击耐雷水平理论公式，进而得到绕击跳闸率。本发明能有效计算西北山区土壤与气候条件下输电线路绕击跳闸率，从而实现对于输电线路与杆塔结构的绕击安全测评。

Description

一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法

技术领域

本发明属于电力系统耐雷性能分析领域，特别是一种基于粒子群算法的输电线路雷电绕击跳闸率测评方法。

背景技术

雷击输电线路故障是影响电力系统安全运输中的主要问题，其引起的输配电网跳闸事故频繁发生，随着输电线路拓补结构日趋复杂，雷击跳闸事故变得愈发不可忽视，据统计，输电线路的雷击跳闸事故占输电线路事故的60％以上。对于西北山区等特殊地段，由于地理结构特殊，气候条件多变，绕击跳闸已成为该地段线路故障的主要原因，目前而言，解决输电线路绕击跳闸故障仍是一项世界级难题。

目前国内外针对输电线路绕击跳闸率的主要问题在于对其测评与确定其影响因素，迫切的需要一种雷电绕击跳闸率的试验与测评方法，由此得到绕击跳闸率的影响因素，从而确定应该从哪一方面对输电线路及杆塔进行改造，降低线路跳闸率，提升电力系统安全稳定性。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于粒子群算法的输电线路雷电绕击跳闸率测评方法，包含一种较为精确的一种基于粒子群算法的输电线路雷电绕击跳闸率试验平台。

为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：

一种基于粒子群算法的输电线路雷电绕击跳闸率方法，首先建立试验平台，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、第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔、避雷线一、避雷线二、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上；

所述避雷线一、避雷线二分别将第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔串接起来；

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，并且沙池中装有高土壤电阻率的土壤；

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。

一种基于粒子群算法的输电线路雷电绕击跳闸率测评方法，基于所建立的试验平台，测试步骤如下：

S1：模拟雷击C相线路，并进行绕击耐雷水平测试；

S2：针对不同的导线半径，改变输电线路的导线半径，从8mm开始，每间隔0.5mm取一个导线半径，并重复进行步骤S1，测得该输电导线半径下的绕击耐雷水平；

S3：由下式计算不同输电线半径下，绕击耐雷水平理论值I：

式(1)中，Z₀为雷电通道波阻抗，h_b为边相导线高度，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，m为误差系数，η为积分变量，r为导线半径；

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

S5：将得到的绕击耐雷水平带入如下公式计算绕击跳闸率：

R为绕击跳闸率，θ为避雷线对边相导线的保护角，h_g为杆塔高度，M为年落雷日数，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，D为避雷线间距，L_xj为绝缘子串闪络距离，U₁为线路额定电压。

进一步地，所述步骤S1的具体过程是：

1)、将双向触点的触头接至同轴电缆二，打开冲击电压发生器，输出幅值为U的雷电压至第一基杆塔的塔顶，无线电流传感器记录注入第一基杆塔塔顶的雷电流，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雷电压幅值减小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，则将前一次测得的雷电流幅值I_c作为绕击耐雷水平；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雷电压幅值增加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，则将这一次测得的雷电流幅值I_c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(3)中，g(m)表示目标函数，I_i为第i个导线半径情况下的绕击耐雷水平理论计算值，I_ci为第i个土壤电阻率情况下的绕击耐雷水平实测值，n为绕击耐雷水平的实测数据组数；

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，m₀为优化过后的误差系数，I_r为优化后的绕击耐雷水平。

其中，不同输电线路导线半径的范围是：8mm<r<＝15mm。

与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：考虑到了土壤电阻率不同对线路耐雷水平的影响；可通过实测结合计算的方法直接得到线路的雷击跳闸率；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为本发明试验平台的结构图。

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

一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，首先搭建了试验平台，如图1所示，该平台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24、第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23、避雷线一81、避雷线二82、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24上；

所述避雷线一81、避雷线二82分别将第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23串接起来；

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中装有高土壤电阻率的土壤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，接地装置二61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。

实施例2

一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，基于所建的试验平台，测试步骤如下：

S1：模拟雷击C相线路93，并进行绕击耐雷水平测试；

S2：针对不同的导线半径，改变输电线路的导线半径，从8mm开始，每间隔0.5mm取一个导线半径，并重复进行步骤S1，测得该输电导线半径下的绕击耐雷水平；

S3：由下式计算不同输电线宽度下，绕击耐雷水平理论值I：

式(5)中，Z₀为雷电通道波阻抗，h_b为边相导线高度，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，m为误差系数，η为积分变量，r为导线半径；

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

S5：将得到的绕击耐雷水平带入如下公式计算绕击跳闸率：

R为绕击跳闸率，θ为避雷线对边相导线的保护角，h_g为杆塔高度，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，D为避雷线间距，L_xj为绝缘子串闪络距离，U₁为线路额定电压。

步骤S1的具体过程是：

1)、将双向触点8的触头接至同轴电缆二9，打开冲击电压发生器11，输出幅值为U的雷电压至第一基杆塔21的塔顶，无线电流传感器7记录注入第一基杆塔21塔顶的雷电流，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输出的雷电压幅值减小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，则将前一次测得的雷电流幅值I_c作为绕击耐雷水平；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输出的雷电压幅值增加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，则将这一次测得的雷电流幅值I_c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(7)中，g(m)表示目标函数，I_i为第i个导线半径情况下的绕击耐雷水平理论计算值，I_ci为第i个土壤电阻率情况下的绕击耐雷水平实测值，n为绕击耐雷水平的实测数据组数；

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(8)，为优化后的理论公式：

式(8)中，m₀为优化过后的误差系数，I_r为优化后的绕击耐雷水平。

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 (4)

1.一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，其特征在于，首先建立一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率试验平台，该试验平台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(24)、第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)、避雷线一(81)、避雷线二(82)、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(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(24)上；

所述避雷线一(81)、避雷线二(82)分别将第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)串接起来；

所述的试验平台第一基杆塔(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)中装有高土壤电阻率的土壤(18)；

所述的试验平台第二基杆塔(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；

所述的试验平台第三基杆塔(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；

所述的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：模拟雷击C相线路(93)，并进行绕击耐雷水平测试；

S2：针对不同的导线半径，改变输电线路的导线半径，从8mm开始，每间隔0.5mm取一个导线半径，并重复进行步骤S1，测得不同输电导线半径下的绕击耐雷水平；

S3：由下式计算不同输电线半径下，绕击耐雷水平理论值I：

式(1)中，Z₀为雷电通道波阻抗，h_b为边相导线高度，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，m为误差系数，η为积分变量，r为导线半径；

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

S5：将优化后的绕击耐雷水平计算公式带入如下公式计算绕击跳闸率：

R为绕击跳闸率，θ为避雷线对边相导线的保护角，h_g为杆塔高度，M为年落雷日数，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，D为避雷线间距，L_xj为绝缘子串闪络距离，U₁为线路额定电压。

2.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，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的雷电压至第一基杆塔(21)的C相线路(93)，无线电流传感器(7)记录注入C相线路(93)的雷电流，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)输出的雷电压幅值减小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，则将前一次测得的雷电流幅值I_c作为绕击耐雷水平；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)输出的雷电压幅值增加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，则将这一次测得的雷电流幅值I_c作为绕击耐雷水平。

3.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，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(3)中，g(m)表示目标函数，I_i为第i个导线半径情况下的绕击耐雷水平理论计算值，I_ci为第i个土壤电阻率情况下的绕击耐雷水平实测值，n为绕击耐雷水平的实测数据组数；

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，m₀为优化过后的误差系数，I_r为优化后的绕击耐雷水平。

4.根据权利要求1所述的一种基于粒子群算法的输电线路绕击跳闸率测评方法，其特征在于，步骤S2中，不同输电线路导线半径的范围是：8mm<r<＝15mm。

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