CN112578204A - 一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法，所述配电网防雷真型试验系统包括：两路并联的架空分支，用于作为所述配电网防雷真型试验系统环境；每路架空分支上均设置有冲击电压发生器和采样装置；两路并联的架空分支上分别设置有第一防雷措施和第二防雷措施；其中，冲击电压发生器用于向架空分支施加模拟雷电冲击电压，采样装置用于采集架空分支上的电压和电流；第一防雷措施和第二防雷措施分别包括架空避雷线、带间隙避雷器、耦合地线、过电压保护器、绝缘横担、内置柱式限压器和无间隙避雷器中的一种或多种的组合，用于作为防雷效果的测试对象。本发明能够有效地测试实际工况下不同防雷措施的差异化防雷效果。

Description

一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法

技术领域

本发明属于配电网真型试验系统及雷击试验技术领域，特别涉及一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法。

背景技术

配电网防雷是维持配电网安全稳定运行的一项重要技术，对配网雷击进行模拟仿真至关重要；通过对雷击进行模拟，实时获得雷击后的过电压、过电流波形，并以此为依据得到防雷措施的防雷效果，对配网防雷有重要的参考意义。

目前的配网雷击故障模拟大多局限于电脑软件的仿真，通过在软件中搭建相应的系统并施加模拟雷击，所得到的仿真结果与实际情况出入较大，应用及参考价值有限。而现有的在真实的系统中进行的防雷效果评估试验，在试验过程中，其线路的状态不是正常的工作状态，不具有动态实时性，且对象仅仅局限于一个防雷措施，难以对不同防雷措施进行差异化评估；同时其对雷击的模拟局限性明显，仅具有单一的时间与空间尺度，与实际雷击状况相差较大，对于配网防雷建设的指导缺乏完备性与通用性，远远不能充分保障配网安全稳定运行。

综上，亟需一种新的配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明能够有效地测试实际工况下不同防雷措施的差异化防雷效果。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种配电网防雷真型试验系统，包括：

两路并联的架空分支，用于作为所述配电网防雷真型试验系统环境；每路架空分支上均设置有冲击电压发生器和采样装置；两路并联的架空分支上分别设置有第一防雷措施和第二防雷措施；其中，冲击电压发生器用于向架空分支施加模拟雷电冲击电压，采样装置用于采集架空分支上的电压和电流；第一防雷措施和第二防雷措施分别包括架空避雷线、带间隙避雷器、耦合地线、过电压保护器、绝缘横担、内置柱式限压器和无间隙避雷器中的一种或多种的组合，用于作为防雷效果的测试对象；

控制箱，用于控制冲击电压发生器发出模拟雷电冲击电压；用于控制采样装置进行采样；

数字处理器，用于根据采集的电压和电流波形进行故障评判；

自动重合闸装置，用于装设在控制两路架空分支的断路器处；用于在雷击试验过程中发生跳闸时进行自动重合闸。

本发明的进一步改进在于，所述采样装置包括：弱阻尼电容分压器和光纤隔离电流互感器；其中，所述弱阻尼电容分压器用于采集架空分支上的电压，所述光纤隔离电流互感器用于采集架空分支上的电流。

本发明的进一步改进在于，两路架空分支上，除防雷措施外，其他所有设备的型号以及安装的位置均完全相同。

本发明的进一步改进在于，所述配电网防雷真型试验系统在试验和非试验过程均处于正常运行状态；所述配电网防雷真型试验系统通有工频交流电压，且分支负荷从空载到过载可调。

本发明的进一步改进在于，

所述冲击电压发生器的额定冲击电压大于等于2000kV；

所述数字处理器为32位单片机；

所述弱阻尼电容分压器的额定电压大于等于冲击电压发生器的额定电压；

所述光纤隔离电流互感器的额定电压大于等于冲击电压发生器的额定电压。

本发明的一种配电网多时空尺度动态评价方法，包括以下步骤：

步骤1，调整两路并联的架空分支的负荷，达到试验所需的负荷；

步骤2，利用冲击电压发生器在两路并联的架空分支上施加多时空尺度模拟雷电冲击电压；

步骤3，通过采样装置采样获取架空分支上的电压、电流波形；

步骤4，依据步骤3获取的波形以及分支运行状态进行计算，获得动态评价指标；试验结束后，保持架空分支原有负荷，对两路架空分支在工频续流下进行观察，检查防雷措施的可靠性，获得可靠性结果；

步骤5，根据步骤4获得的可靠性结果，对第一防雷措施和第二防雷措施的防雷效果进行定量评估。

本发明的进一步改进在于，还包括：

步骤6，一轮试验及评估结束后，改变步骤1中的分支负荷和步骤2中的模拟雷电冲击电压的时间和空间尺度，重复步骤3至步骤5，进行对防雷措施的下一轮评估；

步骤7，更换防雷措施，重复步骤1至步骤6，对更换后的防雷措施进行评估。

本发明的进一步改进在于，步骤2中，在每次冲击的时间区间内，冲击电压连续，其幅值保持为预设值；每个时间区间内的幅值相同或不相同，每个时间区间重叠或不重叠；两路架空分支上的模拟雷电冲击电压的时间、空间尺度以及幅值完全相同。

本发明的进一步改进在于，步骤4具体包括：

步骤4.1定义如下指标：

跳闸次数n，整个雷击试验中分支的跳闸次数；

最大瞬时电流I，整个雷电冲击试验中分支上的最大电流值；

步骤4.2在雷击试验及工频续流结束后，根据分支的电压波形判断分支是否发生永久性故障。

本发明的进一步改进在于，步骤5具体包括：

步骤5.1，根据采样获得的电压波形，判断两条架空分支是否发生永久性故障，若其中一条分支发生永久性故障而另一条没有发生，则未发生永久性故障的分支在当前的负荷与雷击条件下防雷性能较好；

步骤5.2，若两条分支均未发生永久性故障，则比较跳闸次数，跳闸次数少的防雷性能较好；

步骤5.3，若两条分支的跳闸次数相同，则比较最大瞬时电流，最大瞬时电流较小的防雷效果较好；

步骤5.4，结合分支的负载情况，评价负载对分支防雷能力的影响。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提出的配电网防雷真型试验系统，建立了两路具有不同防雷措施的架空分支，能够有效地测试不同防雷措施的差异化防雷效果；试验在工频续流的环境下进行，负载可调，能够最大限度的贴近配网真实运行环境，模拟实际工况下的雷击事件，使试验结果更具有参考价值。

本发明提出的多时空尺度动态评价方法，改进了传统评价方法单一、不具有实时性的特点，模拟雷电的多时空尺度，最大程度地逼近现场的真实环境。具体的，本发明的多时空尺度动态评价方法，基于本发明配电网防雷真型试验系统，进行模拟雷击试验，其雷击具有多时空尺度，从不同位置，模拟不同时间点、不同持续时间以及不同幅值的雷电冲击，更接近真实的雷击；同时，通过实时采样的电压电流波形计算评价指标，并根据评价方法定量评估两路架空分支的防雷措施的差异化防雷效果。

本发明基于两项通用指标及一项基于过电压波形的故障识别对防雷效果进行评估，方法简单有效。

本发明能够实现基于不同线路状态、不同雷击特点的防雷措施动态实时评价，进一步对配网防雷措施的设计与布局提出参考意见。

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，下面对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做简单的介绍；显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的一种配电网防雷真型试验系统的示意图；

图2是本发明实施例的一种多时空尺度动态评价方法的流程示意图；

图3是本发明实施例中，配电网防雷真型试验系统与多时空尺度动态评价方法相结合的整体架构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术效果及技术方案更加清楚，下面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，所描述的实施例是本发明一部分实施例。基于本发明公开的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的其它实施例，都应属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例的一种配电网防雷真型试验系统，包括：两路并联的架空分支，用于作为所述配电网防雷真型试验系统环境；每路架空分支上均设置有冲击电压发生器和采样装置；两路并联的架空分支上分别设置有第一防雷措施和第二防雷措施；其中，冲击电压发生器用于向架空分支施加模拟雷电冲击电压，采样装置用于采集架空分支上的电压和电流；第一防雷措施和第二防雷措施分别包括架空避雷线、带间隙避雷器、耦合地线、过电压保护器、绝缘横担、内置柱式限压器和无间隙避雷器中的一种或多种的组合，用于作为防雷效果的测试对象；

控制箱，内部含有数字处理器，用于控制冲击电压发生器和采样装置，并对现场采样的数据进行实时处理计算：对于冲击电压发生器，当需要发出模拟雷电冲击电压时，由控制箱向冲击电压发生器发出控制信号，在控制信号到达后，冲击电压发生器发出模拟雷电冲击电压；对于采样装置，控制箱每隔一定间隔向采样装置发送控制信号，在当前控制信号到达后，采样装置将上一次控制信号至当前控制信号之间所采样的数据传输回控制箱，并对这些数据进行实时计算；

自动重合闸装置，装设在控制两路架空分支的断路器处，用于在雷击试验过程中发生跳闸时进行自动重合闸。

本发明又一实施例的配电网防雷真型试验系统的连接方式包括：两条架空分支并联连接，对于每条分支，装有不同的成套防雷措施，且除防雷措施外，其他所有的设备的型号以及加装的位置应当完全相同。

本发明又一实施例中，所述的配电网防雷真型试验系统，无论分支处于试验或者非试验过程，系统总是处于正常运行状态，其上总是通有工频交流电压，且分支的负荷可以从空载到过载进行调整。

本发明实施例提出的配电网防雷真型试验系统，建立了两路具有不同防雷措施的架空分支，能够有效地测试不同防雷措施的差异化防雷效果；且试验在工频续流的环境下进行，负载可调，最大限度的贴近配网真实运行环境，使试验结果更具有参考价值。

请参阅图2，本发明实施例的一种配电网防雷多时空尺度动态评价方法，包括以下步骤：

S1，调整试验所需要的分支负荷；

S2，利用冲击电压发生器在两路架空分支上施加多时空尺度模拟雷电冲击电压；

S3，通过弱阻尼电容分压器光纤隔离电流互感器实时采样架空分支上的过电压、电流波形；

S4，定义能够反映分支防雷能力的指标，依据采样波形和分支运行状态进行计算；试验结束后，保持架空分支原有负荷，对架空分支上所有分支在工频续流下进行观察，检查防雷措施的可靠性；

S5，根据S4的结果，对两路防雷措施的防雷效果进行定量评估；

S6，当一轮试验及评估结束后，改变S1中的分支负荷和S2中的模拟雷电冲击电压的时间和空间尺度，重复S3-5，进行对现有防雷措施的下一轮评估；

S7，更换防雷措施，重复S1-6，对其他的防雷措施进行评估。

本发明实施例中，所述的多时空尺度动态评价方法中，S2中所述的模拟雷电冲击电压具有多时空尺度的特性，具体如下：

设分支的长度为L，在时间区间[t₁，t₂]内，有m次模拟雷电冲击，每次冲击的时间区间为[t_1s，t_1e]，[t_2s，t_2e]…[t_ms，t_me](所有的时间区间均包含于[t₁，t₂])，冲击位置为L₁，L₂…L_n，每次雷电冲击电压的幅值为V₁，V₂…V_m，在每次冲击的时间区间内，冲击电压连续，其幅值保持为V_i，且每个时间区间内的幅值可以各不相同，且每个时间区间可以重叠，即两次雷击存在同时发生的可能。

对于两路架空分支，其上面的模拟雷电冲击电压的时间、空间尺度以及幅值应当完全相同。

本发明实施例中，所述的多时空尺度动态评价方法中，S4具体包括：

S3.1定义如下指标：

跳闸次数n：整个雷击试验中分支的跳闸次数；

最大瞬时电流I：整个雷电冲击试验中分支上的最大电流值；

S3.2在雷击试验及工频续流结束后，根据分支的电压波形判断分支是否发生永久性故障。

本发明实施例中，所述的配电网防雷多时空尺度动态评价方法，S5具体包括：

S5.1首先根据实时电压波形，判断两条架空分支是否发生永久性故障，若某一条分支发生永久性故障而另一条没有发生，则说明未发生永久性故障的分支在当前的负荷与雷击条件下防雷性能较好；

S5.2，若两条分支均未发生永久性故障，则比较跳闸次数，跳闸次数少的防雷性能较好；

S5.3，若两条分支的跳闸次数相同，则比较最大瞬时电流，最大瞬时电流较小的防雷效果较好；

S5.4，结合分支的负载情况，评价负载对分支防雷能力的影响。

本发明实施例中，所述冲击电压发生器的型号可选：HRHG-2400kV/120kJ；所述数字处理器的型号可选：STM32F407；所述弱阻尼电容分压器的型号可选：MWF-300～500/1200；所述光纤隔离电流互感器的型号可选：NAE-GL1000kVF-0W。

本发明实施例所述的多时空尺度动态评价方法，基于配电网防雷真型试验系统，进行模拟雷击试验，通过实时采样的电压电流波形计算评价指标，并根据评价方法定量评估两路架空分支的防雷措施的差异化防雷效果。

本发明实施例提出的多时空尺度动态评价方法，改进了传统评价方法单一、不具有实时性的特点，模拟雷电的多时空尺度，最大程度地逼近现场的真实环境；同时，基于两项通用指标及一项故障识别对防雷效果进行评估，方法简单有效；最后，能够实现基于不同线路状态、不同雷击特点的防雷措施动态实时评价，进一步对配网防雷措施的设计与布局提出参考意见。

请参阅图1至图3，本发明实施例的一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法，包括配电网防雷真型试验系统及基于真型试验系统的多时空尺度配电网防雷动态评价方法。本发明提出了配电网防雷真型试验系统的架构，并基于该试验系统进行模拟雷电冲击试验，并通过配电网防雷多时空尺度动态评价方法评价不同防雷措施在不同类型的雷击及线路状态下的差异化防雷效果。

本发明实施例的一种配电网防雷真型试验系统包括以下部分：

两路并联的架空分支，用于测试两路上成套的防雷措施的差异化防雷效果。在本实施例中，将配电网大型真型试验系统中的两路架空分支作为本例中所述的架空分支。

控制箱，包含有STM32F407处理器，其作用是控制该分支上所有的信号采样装置并实时获得电压、电流的采样信号，以及控制冲击电压发生器发出模拟雷电冲击电压；在本实施例中，由单片机作为核心控制器件，并结合空气开关、接线端子、继电器集成为一个完整的控制箱。

冲击电压发生器，其型号为HRHG-2400kV/120kJ，其作用是施加模拟雷电冲击电压；

自动重合闸装置，加装在控制分支通断的断路器处，其作用是在雷击试验过程中发生跳闸时进行自动重合闸；

采样装置，包括弱阻尼电容分压器(其型号为MWF-300～500/1200)和光纤隔离电流互感器(其型号为NAE-GL1000kVF-0W)，前者的作用是实时采集架空分支上的电压，后者的作用是实时采集架空分支上的电流；

防雷措施，包括架空避雷线、带间隙避雷器、耦合地线、过电压保护器、绝缘横担、内置柱式限压器、无间隙避雷器的一种或几种的组合，成为一套完整的防雷措施，其作用是作为防雷效果的测试对象。

本发明实施例的配电网防雷真型试验系统的连接方式，其中：

两路架空分支并行连接，冲击电压发生器加装在架空分支上，由控制箱控制，其控制流由控制箱指向冲击电压发生器，且其所发出的冲击电压能够作用于架空分支的任意位置，电压持续时间、幅值大小可以任意调节。

防雷措施成套加装在分支的合适位置，例如，由架设的架空避雷线、加装在杆塔上的绝缘横担以及内置柱式限压器可以组成一套完整的防雷措施；

采样装置，包括弱阻尼电容分压器和光纤隔离电流互感器，其控制流由控制箱指向采样装置，即控制箱决定采样装置是否采样；其数据流由采样装置指向控制箱，当控制信息由控制箱发往采样装置时，采样装置开始采样，并将数据发送给控制箱。

本发明实施例中的配电网防雷真型试验系统，无论分支处于试验或者非试验过程，系统处于正常运行状态，其上总是通有工频交流电压，且分支负载可以从空载到过载改变。

本发明实施例中的多时空尺度动态评价方法中：

设分支有空载、轻载、中载、重载、满载、过载6种工作情况，对于每种工况，设定5种雷击类型，其标号分别为1-5，表格内容为1表示防雷措施1较优，为2表示防雷措施2较优，为0表示两措施在该条件下均出现永久性故障，在某次多轮的雷击试验过后，有表1如下：

表格1.雷击试验测试结果

由雷击试验测试结果可以看出，防雷措施1明显优于防雷措施2，分支2需要对类型为4、5的雷击进行针对性改进。且随着分支负载上升，分支对雷击的承受能力明显显著下降。

综上，本发明实施例公开了一种配电网防雷真型试验系统及多时空尺度动态评价方法，配电网防雷真型试验系统包括两路架空分支、控制箱、冲击电压发生器、自动重合闸装置、采样装置、防雷措施。多时空尺度动态评价方法则是基于真型试验系统，进行模拟雷电冲击电压试验，对两路架空分支在不同时间、不同位置施加模拟雷电冲击电压，实时采样分支上的电压电流波形，并基于此计算评价指标，给出评价方法，定量评估各种防雷措施在不同类型的雷击下的差异化防雷效果。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，这些未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，均在申请待批的本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (10)

1.一种配电网防雷真型试验系统，其特征在于，包括：

两路并联的架空分支，用于作为所述配电网防雷真型试验系统环境；每路架空分支上均设置有冲击电压发生器和采样装置；两路并联的架空分支上分别设置有第一防雷措施和第二防雷措施；其中，冲击电压发生器用于向架空分支施加模拟雷电冲击电压，采样装置用于采集架空分支上的电压和电流；第一防雷措施和第二防雷措施分别包括架空避雷线、带间隙避雷器、耦合地线、过电压保护器、绝缘横担、内置柱式限压器和无间隙避雷器中的一种或多种的组合，用于作为防雷效果的测试对象；

控制箱，用于控制冲击电压发生器发出模拟雷电冲击电压；用于控制采样装置进行采样；

数字处理器，用于根据采集的电压和电流波形进行故障评判；

自动重合闸装置，用于装设在控制两路架空分支的断路器处；用于在雷击试验过程中发生跳闸时进行自动重合闸。

2.根据权利要求1所述的一种配电网防雷真型试验系统，其特征在于，所述采样装置包括：弱阻尼电容分压器和光纤隔离电流互感器；其中，所述弱阻尼电容分压器用于采集架空分支上的电压，所述光纤隔离电流互感器用于采集架空分支上的电流。

3.根据权利要求1所述的一种配电网防雷真型试验系统，其特征在于，两路架空分支上，除防雷措施外，其他所有设备的型号以及安装的位置均完全相同。

4.根据权利要求1所述的一种配电网防雷真型试验系统，其特征在于，所述配电网防雷真型试验系统在试验和非试验过程均处于正常运行状态；所述配电网防雷真型试验系统通有工频交流电压，且分支负荷从空载到过载可调。

5.根据权利要求2所述的一种配电网防雷真型试验系统，其特征在于，

所述冲击电压发生器的额定冲击电压大于等于2000kV；

所述数字处理器为32位单片机；

所述弱阻尼电容分压器的额定电压大于等于冲击电压发生器的额定电压；

所述光纤隔离电流互感器的额定电压大于等于冲击电压发生器的额定电压。

6.一种配电网多时空尺度动态评价方法，其特征在于，基于权利要求1所述的配电网防雷真型试验系统，包括以下步骤：

步骤1，调整两路并联的架空分支的负荷，达到试验所需的负荷；

步骤2，利用冲击电压发生器在两路并联的架空分支上施加多时空尺度模拟雷电冲击电压；

步骤3，通过采样装置采样获取架空分支上的电压、电流波形；

步骤4，依据步骤3获取的波形以及分支运行状态进行计算，获得动态评价指标；试验结束后，保持架空分支原有负荷，对两路架空分支在工频续流下进行观察，检查防雷措施的可靠性，获得可靠性结果；

步骤5，根据步骤4获得的可靠性结果，对第一防雷措施和第二防雷措施的防雷效果进行定量评估。

7.根据权利要求6所述的一种配电网多时空尺度动态评价方法，其特征在于，还包括：

步骤6，一轮试验及评估结束后，改变步骤1中的分支负荷和步骤2中的模拟雷电冲击电压的时间和空间尺度，重复步骤3至步骤5，进行对防雷措施的下一轮评估；

步骤7，更换防雷措施，重复步骤1至步骤6，对更换后的防雷措施进行评估。

8.根据权利要求6所述的一种配电网多时空尺度动态评价方法，其特征在于，步骤2中，在每次冲击的时间区间内，冲击电压连续，其幅值保持为预设值；每个时间区间内的幅值相同或不相同，每个时间区间重叠或不重叠；两路架空分支上的模拟雷电冲击电压的时间、空间尺度以及幅值完全相同。

9.根据权利要求6所述的一种配电网多时空尺度动态评价方法，其特征在于，步骤4具体包括：

步骤4.1定义如下指标：

跳闸次数n，整个雷击试验中分支的跳闸次数；

最大瞬时电流I，整个雷电冲击试验中分支上的最大电流值；

步骤4.2在雷击试验及工频续流结束后，根据分支的电压波形判断分支是否发生永久性故障。

10.根据权利要求9所述的一种配电网多时空尺度动态评价方法，其特征在于，步骤5具体包括：

步骤5.1，根据采样获得的电压波形，判断两条架空分支是否发生永久性故障，若其中一条分支发生永久性故障而另一条没有发生，则未发生永久性故障的分支在当前的负荷与雷击条件下防雷性能较好；

步骤5.2，若两条分支均未发生永久性故障，则比较跳闸次数，跳闸次数少的防雷性能较好；

步骤5.3，若两条分支的跳闸次数相同，则比较最大瞬时电流，最大瞬时电流较小的防雷效果较好；

步骤5.4，结合分支的负载情况，评价负载对分支防雷能力的影响。

Images