CN112526266B - 一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台及方法 - Google Patents

一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台及方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，所述评估平台包括屏蔽箱、折反射电压波形采集器、冲击电压发生器、分析处理器、无线传输模块、电源模块、第一杆塔、第一杆塔接地体、第二杆塔、上位机和避雷线，评估平台对杆塔进行防雷水平实验，获得实验数据；本发明还提供了一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，所述评估方法依据实验数据计算出匹配程度评估因子进行评估。本发明考虑到了杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度对输电线路防雷水平的影响，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度对输电线路防雷水平的影响。

Description

一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台及方法
技术领域
本发明涉及雷电防护技术领域，更具体地，涉及一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台及方法。
背景技术
恶劣天气下雷击输电线路引起的事故频繁发生。当雷电直击线路杆塔时，雷电电流将经避雷线向相邻杆塔流散，相邻杆塔的接地体存在冲击阻抗，雷电电流经过相邻杆塔接地体折反射后在经避雷线传回被击中的杆塔，杆塔之间的档距和接地体的冲击阻抗匹配程度直接影响输电线路的防雷水平。所以杆塔档距与接地体阻抗匹配程度的研究对于保证电力输电网络安全稳定运行有重大的意义。当前国内对输电线路防雷水平的研究，一般考虑接地体固有物理属性或接地体外部环境对防雷水平的影响，而忽视了杆塔档距与接地体阻抗匹配程度对输电线路防雷水平的影响。
2020年10月30日公开的中国专利CN211826244U提供了一种冲击接地阻抗测试装置，包括：接地网、引雷装置及引流杆；所述引流杆的一端与所述接地网连接，另一端与所述引雷装置连接；所述测试装置还包括电流测量装置、法拉第笼、零电位接地柱及分压器；所述引流杆贯穿所述法拉第笼，所述电流测量装置设置在所述引流杆上，所述分压器均与所述接地网、所述零电位接地柱连接。该发明能够测试接地装置在多次雷击时的冲击接地阻抗，研究了接地装置冲击阻抗对线路防雷水平的影响，但没有涉及研究杆塔档距与接地体阻抗匹配程度对输电线路防雷水平的影响。
发明内容
本发明为克服上述现有技术没有涉及杆塔档距与接地体阻抗匹配程度对输电线路对防雷水平影响的缺陷，提供一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台及方法。
本发明的技术方案如下：
本发明提供一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，所述评估平台包括屏蔽箱、折反射电压波形采集器、冲击电压发生器、分析处理器、无线传输模块、电源模块、第一杆塔、第一杆塔接地体、第二杆塔、上位机和避雷线；
所述分析处理器、电源模块设置在屏蔽箱内部；所述无线传输模块设置在屏蔽箱表面；
所述冲击电压发生器的控制端与分析处理器连接，冲击电压发生器的发生端设置在第二杆塔塔顶任意钢架上；冲击电压发生器用于向第二杆塔发出冲击电压；
所述避雷线的两端连接第一杆塔和第二杆塔；
所述折反射电压波形采集器的输入端设置在冲击电压发生器发生端所在的钢架上，折反射电压波形采集器的输出端与分析处理器连接；折反射电压波形采集器用于采集所述冲击电压经第一杆塔和第一杆塔接地体折反射后产生的折反射电压的波形；
通过所述无线传输模块实现分析处理器向上位机传递数据和上位机向分析处理器传递指令；
所述电源模块为折反射电压波形采集器、冲击电压发生器、分析处理器和无线传输模块供电。
优选地，所述屏蔽箱的材料是坡莫合，作用是对内部设备静电屏蔽。
优选地，所述冲击电压发生器是标准雷电波冲击电压发生器，作用是使实验电压更接近真实雷电电压。
优选地，所述电源模块是锂电池。
本发明还提供一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，基于所建立的评估平台，所述评估方法包括以下步骤：
S1：上位机通过无线传输模块向分析处理器发出冲击电压发生指令，分析处理器控制冲击电压发生器向第二杆塔发出冲击电压，并经避雷线传递至第一杆塔和第一杆塔接地体；
S2：第一杆塔和第一杆塔接地体对冲击电压做出折反射，折反射波Us经避雷线传回第二杆塔，折反射电压波形采集器采集折反射波Us的波形，获得折反射波Us参数，并将所述折反射波Us参数传递至分析处理器；
S3：写入有标准波U0公式的分析处理器依据标准波U0公式计算标准波U0参数，依据标准波U0参数和折反射波Us参数计算匹配程度评估因子Φ，并将所述匹配程度评估因子Φ经无线传输模块传递至上位机；
S4：上位机依据匹配程度评估因子Φ对杆塔档距和接地体阻抗的匹配程度做出评估。
优选地，所述S3中的标准波公式为：
Figure BDA0002808529370000031
其中，t表示时间，单位为微秒。
优选地，所述S3中的标准波U0参数包括：标准波第一峰上升时间tu1，标准波第二峰上升时间tu2，标准波第三峰上升时间tu3，标准波第一峰下降时间td1，标准波第二峰下降时间td2，标准波第三峰下降时间td3，标准波第一峰峰值U01，标准波第二峰峰值U02，标准波第三峰峰值U03。
优选地，所述S3中的折反射波Us参数包括：折反射波第一峰上升时间Tu1，折反射波第二峰上升时间Tu2，折反射波第三峰上升时间Tu3，折反射波第一峰下降时间Td1，折反射波第二峰下降时间Td2，折反射波第三峰下降时间Td3，折反射波第一峰峰值Us1，折反射波第二峰峰值Us2，折反射波第三峰峰值Us3。
优选地，所述S3中的匹配程度评估因子Φ由下面公式计算：
Figure BDA0002808529370000032
优选地，所述S4中，评估方法具体为：
Φ∈[0.75，1.25]时，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度达标，输电线路防雷水平好；
Φ∈(0,0.75)∪(1.25,+∞)时，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度不达标，输电线路防雷水平差。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明针对杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度对输电线路防雷水平的影响，提出一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台及方法，基于评估平台对杆塔进行防雷水平实验，获得实验数据，评估方法依据实验数据计算出匹配程度评估因子进行评估；本发明考虑到了杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度对输电线路防雷水平的影响，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度对输电线路防雷水平的影响。
附图说明
图1为实施例1所述一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台的结构图；
图2为实施例1所述折反射电压波形采集器和冲击电压发生器设置位置的放大图；
图中：1-屏蔽箱，2-折反射电压波形采集器，3-冲击电压发生器，4-分析处理器，5-无线传输模块，6-电源模块，7-第一杆塔，8-第一杆塔接地体，9-第二杆塔，10-上位机，11-避雷线。
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
本实施例提供一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，如图1所示，所述评估平台包括屏蔽箱1、折反射电压波形采集器2、冲击电压发生器3、分析处理器4、无线传输模块5、电源模块6、第一杆塔7、第一杆塔接地体8、第二杆塔9、上位机10和避雷线11；
所述分析处理器4、电源模块6设置在屏蔽箱1内部；所述无线传输模块5设置在屏蔽箱1表面；
所述避雷线11的两端连接第一杆塔7和第二杆塔9；
如图2所示，所述冲击电压发生器3的控制端与分析处理器4连接，冲击电压发生器3的发生端设置在第二杆塔9塔顶任意钢架上；冲击电压发生器3用于向第二杆塔9发出冲击电压；
所述折反射电压波形采集器2的输入端设置在冲击电压发生器3发生端所在的钢架上，折反射电压波形采集器2的输出端与分析处理器4连接；折反射电压波形采集器2用于采集所述冲击电压经第一杆塔7和第一杆塔接地体8折反射后产生的折反射电压的波形；
通过所述无线传输模块5实现分析处理器4向上位机10传递数据和上位机10向分析处理器4传递指令；
所述电源模块6为折反射电压波形采集器2、冲击电压发生器3、分析处理器4和无线传输模块5供电。
所述屏蔽箱1的材料是坡莫合金，作用是对内部设备静电屏蔽。
所述冲击电压发生器3是标准雷电波冲击电压发生器，作用是使实验电压更接近真实雷电电压。
所述电源模块6是锂电池。
实施例2
本实施例提供一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，基于所建立的评估平台，所述评估方法包括以下步骤：
S1：上位机10通过无线传输模块5向分析处理器4发出冲击电压发生指令，分析处理器4控制冲击电压发生器3向第二杆塔9发出冲击电压，并经避雷线11传递至第一杆塔7和第一杆塔接地体8，所述冲击电压的上升时间为8微秒，下降时间为20微秒；
S2：第一杆塔7和第一杆塔接地体8对冲击电压做出折反射，折反射波Us经避雷线11传回第二杆塔9，折反射电压波形采集器2采集折反射波Us的波形，获得折反射波Us参数，并将所述折反射波Us参数传递至分析处理器4；
S3：写入有标准波U0公式的分析处理器4依据标准波U0公式计算标准波U0参数，依据标准波U0参数和折反射波Us参数计算匹配程度评估因子Φ，并将所述匹配程度评估因子Φ经无线传输模块5传递至上位机10；
S4：上位机10依据匹配程度评估因子Φ对杆塔档距和接地体阻抗的匹配程度做出评估。
所述S3中的标准波公式为：
Figure BDA0002808529370000051
其中，t表示时间，单位为微秒。
所述S3中的标准波U0参数包括：标准波第一峰上升时间tu1，标准波第二峰上升时间tu2，标准波第三峰上升时间tu3，标准波第一峰下降时间td1，标准波第二峰下降时间td2，标准波第三峰下降时间td3，标准波第一峰峰值U01，标准波第二峰峰值U02，标准波第三峰峰值U03。
所述S3中的折反射波Us参数包括：折反射波第一峰上升时间Tu1，折反射波第二峰上升时间Tu2，折反射波第三峰上升时间Tu3，折反射波第一峰下降时间Td1，折反射波第二峰下降时间Td2，折反射波第三峰下降时间Td3，折反射波第一峰峰值Us1，折反射波第二峰峰值Us2，折反射波第三峰峰值Us3。
所述S3中的匹配程度评估因子Φ由下面公式计算：
Figure BDA0002808529370000061
所述S4中，评估方法具体为：
Φ∈[0.75，1.25]时，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度达标，输电线路防雷水平好；
Φ∈(0,0.75)∪(1.25,+∞)时，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度不达标，输电线路防雷水平差。
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语仅用于示例性说明，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 (7)

1.一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，其特征在于，所述评估方法包括以下步骤：
S1：上位机(10)通过无线传输模块(5)向分析处理器(4)发出冲击电压发生指令，分析处理器(4)控制冲击电压发生器(3)向第二杆塔(9)发出冲击电压，并经避雷线(11)传递至第一杆塔(7)和第一杆塔接地体(8)；
S2：第一杆塔(7)和第一杆塔接地体(8)对冲击电压做出折反射，折反射波Us经避雷线(11)传回第二杆塔(9)，折反射电压波形采集器(2)采集折反射波Us的波形，获得折反射波Us参数，并将所述折反射波Us参数传递至分析处理器(4)；
S3：写入有标准波U0公式的分析处理器(4)依据标准波U0公式计算标准波U0参数，依据标准波U0参数和折反射波Us参数计算匹配程度评估因子Φ，并将所述匹配程度评估因子Φ经无线传输模块(5)传递至上位机(10)；
标准波U0参数包括：标准波第一峰上升时间tu1，标准波第二峰上升时间tu2，标准波第三峰上升时间tu3，标准波第一峰下降时间td1，标准波第二峰下降时间td2，标准波第三峰下降时间td3，标准波第一峰峰值U01，标准波第二峰峰值U02，标准波第三峰峰值U03；
折反射波Us参数包括：折反射波第一峰上升时间Tu1，折反射波第二峰上升时间Tu2，折反射波第三峰上升时间Tu3，折反射波第一峰下降时间Td1，折反射波第二峰下降时间Td2，折反射波第三峰下降时间Td3，折反射波第一峰峰值Us1，折反射波第二峰峰值Us2，折反射波第三峰峰值Us3；
匹配程度评估因子Φ由下面公式计算：
Figure FDA0003283070020000011
S4：上位机(10)依据匹配程度评估因子Φ对杆塔档距和接地体阻抗的匹配程度做出评估。
2.根据权利要求1所述的一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，其特征在于，所述S3中的标准波公式为：
Figure FDA0003283070020000021
其中，t表示时间，单位为微秒。
3.根据权利要求2所述的一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，其特征在于，所述S4中，评估方法具体为：
Φ∈[0.75，1.25]时，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度达标，输电线路防雷水平好；
Φ∈(0,0.75)∪(1.25,+∞)时，杆塔档距与接地体阻抗的匹配程度不达标，输电线路防雷水平差。
4.根据权利要求1所述的一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估方法，其特征在于，所述评估方法应用于一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，所述评估平台包括屏蔽箱(1)、折反射电压波形采集器(2)、冲击电压发生器(3)、分析处理器(4)、无线传输模块(5)、电源模块(6)、第一杆塔(7)、第一杆塔接地体(8)、第二杆塔(9)、上位机(10)和避雷线(11)；
所述分析处理器(4)、电源模块(6)设置在屏蔽箱(1)内部；所述无线传输模块(5)设置在屏蔽箱(1)表面；
所述冲击电压发生器(3)的控制端与分析处理器(4)连接，冲击电压发生器(3)的发生端设置在第二杆塔(9)塔顶任意钢架上；冲击电压发生器(3)用于向第二杆塔(9)发出冲击电压；
所述避雷线(11)的两端连接第一杆塔(7)和第二杆塔(9)；
所述折反射电压波形采集器(2)的输入端设置在冲击电压发生器(3)发生端所在的钢架上，折反射电压波形采集器(2)的输出端与分析处理器(4)连接；折反射电压波形采集器(2)用于采集所述冲击电压经第一杆塔(7)和第一杆塔接地体(8)折反射后产生的折反射电压的波形；
通过所述无线传输模块(5)实现分析处理器(4)向上位机(10)传递数据和上位机(10)向分析处理器(4)传递指令；
所述电源模块(6)为折反射电压波形采集器(2)、冲击电压发生器(3)、分析处理器(4)和无线传输模块(5)供电。
5.根据权利要求4所述的一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，其特征在于，所述屏蔽箱(1)的材料是坡莫合金。
6.根据权利要求5所述的一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，其特征在于，所述冲击电压发生器(3)是标准雷电波冲击电压发生器。
7.根据权利要求6所述的一种线路杆塔档距与接地体阻抗匹配程度评估平台，其特征在于，所述电源模块(6)是锂电池。
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