CN112883333B - 一种雷击概率计算方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供一种雷击概率计算方法以及装置，该方法包括：获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；计算输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；根据电场判断是否有雷击发生；在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，雷击物包含杆塔、输电线路和大地中的一种；根据所记录的雷击物，统计雷击概率。这样，可以根据电场判断是否有雷击发生。在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物，并根据所记录的雷击物，统计雷击概率。准确度较高。

Description

一种雷击概率计算方法以及装置
技术领域
本申请涉及输电线路雷电屏蔽技术领域，尤其涉及一种雷击概率计算方法以及装置。
背景技术
现有技术中，关于雷击概率的计算模型主要有规程法、电气几何模型等等。其中，规程法是一种根据电网多年的运行经验以及小尺度放电实验结果得到的输电线路绕击计算经验公式。但在工程应用中发现规程法无法解释许多屏蔽失效现象，故其在工程应用中具有一定的局限性。而电气几何模型主要是依据线路走廊地形、各水平导线以及大地的击距之间的几何关系进行计算。在计算过程中，无法考虑雷电放电的随机性。因此，现有技术中，在计算雷击概率时，准确度较低。
发明内容
本申请提供了一种雷击概率计算方法以及装置，以解决现有技术中，在计算雷击概率时，准确度较低的问题。
第一方面，本发明提供了一种雷击概率计算方法，包括：
获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；
计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；
根据所述电场判断是否有雷击发生；
在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；
根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
进一步的，所述方法还包括：
在判断出没有雷击发生的情况下，计算所述输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场；
判断是否有上行先导产生；
在判断出有上行先导产生的情况下，控制上行先导分形发展；
控制雷电先导分形发展；
计算空间电场；
判断是否有雷击发生；
在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物。
进一步的，所述方法还包括：
在判断出没有上行先导产生的情况下，执行所述控制雷电先导分形发展的步骤。
进一步的，所述判断是否有上行先导产生，包括：
通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure BDA0002893555050000021
其中，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。
第二方面，本发明还提供了一种雷击概率计算装置，包括：
获取模块，用于获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；
第一计算模块，用于计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；
第一判断模块，用于根据所述电场判断是否有雷击发生；
第一记录模块，用于在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；
统计模块，用于根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
进一步的，所述雷击概率计算装置还包括：
第二计算模块，用于在判断出没有雷击发生的情况下，计算所述输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场；
第二判断模块，用于判断是否有上行先导产生；
第一控制模块，用于在判断出有上行先导产生的情况下，控制上行先导分形发展；
第二控制模块，用于控制雷电先导分形发展；
第三计算模块，用于计算空间电场；
第三判断模块，用于判断是否有雷击发生；
第二记录模块，用于在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物。
进一步的，所述雷击概率计算装置还包括：
执行模块，用于在判断出没有上行先导产生的情况下，执行所述控制雷电先导分形发展的步骤。
进一步的，所述第二判断模块具体用于通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure BDA0002893555050000031
其中，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。
由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种雷击概率计算方法以及装置，获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；根据所述电场判断是否有雷击发生；在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；根据所记录的雷击物，统计雷击概率。这样，可以根据电场判断是否有雷击发生。在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物，并根据所记录的雷击物，统计雷击概率。准确度较高。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，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为本发明提供的一种雷击概率计算方法的流程图；
图2为本发明提供的一种雷电发展的路径的示意图；
图3为本发明提供的一种获取模拟电荷的分布情况的示意图；
图4为本发明提供的一种雷击概率计算装置的结构图；
图5为本发明提供的另一种雷击概率计算装置的结构图；
图6为本发明提供的另一种雷击概率计算装置的结构图。
具体实施方式
下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。
参见图1，图1是本发明提供的一种雷击概率计算方法的流程图。如图1所示，包括以下步骤：
步骤101、获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置。
在步骤101中，可以获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置。需要说明的是，如图2所示，为一种雷电发展的路径的示意图。参见图2，在输电线路、杆塔塔顶和雷电通道处放置初始粒子。其次，在先导头部位置放置移动粒子，并做无规则布朗运动。当移动粒子运动到固定粒子的吸引范围时，计算其击穿概率P，同时产生随机数mp，当mp小于P时，判定击穿，重复计算，便可得到雷电发展的路径。概率计算如下式：
Figure BDA0002893555050000041
式中，E(P，P′)为雷电通道发展空间中P点向P′击穿的概率，Eth为雷电通道临界击穿场强，kV/m；η为分形参数，是可调整的常数。
步骤102、计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场。
在步骤102中，可以计算输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场。需要说明的是，可以通过模拟电荷法来计算配网线路上行先导对空间电场的影响。空间电场简化为准静态场，上行先导通道电荷采用均匀线性分布形式，正极性上行先导电荷密度取为50μC/m，负极性上行先导电荷密度取为100μC/m。可以依据叠加原理求取配网线路和雷电通道放电路径周围空间任意点的电场。计算公式如下：
Figure BDA0002893555050000042
Figure BDA0002893555050000043
公式中，
Figure BDA0002893555050000044
为空间任一点的电位；/>
Figure BDA0002893555050000045
为空间任一点的电场强度；xq，yq分别为通道内任意一个离散的点电荷的横纵坐标；q为点电荷的电荷量；ε为空气的介电常数。
如图3所示，为一种获取模拟电荷的分布情况的示意图。上行先导尚未起始时，依据雷电通道电荷密度线性分布形式，当下行先导高度为HC时，电荷密度为0，当为先导头部高度为h0时，电荷密度τ＝τm。其中τm为最大电荷密度。则电荷总量可表示为：
Figure BDA0002893555050000046
先导内电荷电荷密度为
Figure BDA0002893555050000047
当上行先导起始后，具有分形特性的雷电通道其电荷密度可由下式得：
Figure BDA0002893555050000051
这样就可以得到先导通道内模拟电荷的分布情况。
步骤103、根据所述电场判断是否有雷击发生。
在步骤103中，可以根据电场判断是否有雷击发生。
步骤104、在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种。
在步骤104中，在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物。其中，雷击物可以包含杆塔、输电线路和大地中的一种。
步骤105、根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
在步骤105中，可以根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
可选的，所述方法还包括：
在判断出没有雷击发生的情况下，计算所述输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场；
判断是否有上行先导产生；
在判断出有上行先导产生的情况下，控制上行先导分形发展；
控制雷电先导分形发展；
计算空间电场；
判断是否有雷击发生；
在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物。
进一步的，在判断出没有雷击发生的情况下，可以计算输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场。然后，可以判断是否有上行先导产生。在判断出有上行先导产生的情况下，可以控制上行先导分形发展。接下来，可以控制雷电先导分形发展。然后，还可以计算空间电场。然后，可以判断是否有雷击发生。在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物。
可选的，所述判断是否有上行先导产生，包括：
通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure BDA0002893555050000061
其中，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。
进一步的，可以通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure BDA0002893555050000062
其中，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。当下行先导头部与导线上行先导、杆塔塔顶上行先导、大地之间的平均电场强度大于临界击穿场强500kV/m或者上下行先导相遇时，发生雷击。
可选的，所述方法还包括：
在判断出没有上行先导产生的情况下，执行所述控制雷电先导分形发展的步骤。
进一步的，在判断出没有上行先导产生的情况下，可以直接执行控制雷电先导分形发展的步骤。
需要说明的是，现有技术中，在计算雷击概率时，准确度较低。
而在本申请中，可以根据电场判断是否有雷击发生。在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物，并根据所记录的雷击物，统计雷击概率。准确度较高。
由以上技术方案可知，本发明实施例提供的一种雷击概率计算方法，获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；根据所述电场判断是否有雷击发生；在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；根据所记录的雷击物，统计雷击概率。这样，可以根据电场判断是否有雷击发生。在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物，并根据所记录的雷击物，统计雷击概率。准确度较高。
参见图4，图4是本发明提供的一种雷击概率计算装置的结构图。如图4所示，雷击概率计算装置400包括获取模块401、第一计算模块402、第一判断模块403、第一记录模块404和统计模块405，其中：
获取模块401，用于获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；
第一计算模块402，用于计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；
第一判断模块403，用于根据所述电场判断是否有雷击发生；
第一记录模块404，用于在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；
统计模块405，用于根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
可选的，如图5所示，所述雷击概率计算装置还包括：
第二计算模块406，用于在判断出没有雷击发生的情况下，计算所述输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场；
第二判断模块407，用于判断是否有上行先导产生；
第一控制模块408，用于在判断出有上行先导产生的情况下，控制上行先导分形发展；
第二控制模块409，用于控制雷电先导分形发展；
第三计算模块4010，用于计算空间电场；
第三判断模块4011，用于判断是否有雷击发生；
第二记录模块4012，用于在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物。
可选的，如图6所示，所述雷击概率计算装置还包括：
执行模块4013，用于在判断出没有上行先导产生的情况下，执行所述控制雷电先导分形发展的步骤。
可选的，所述第二判断模块407具体用于通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure BDA0002893555050000071
其中，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。
雷击概率计算装置400能够实现图1的方法实施例中雷击概率计算装置实现的各个过程，为避免重复，这里不再赘述。且雷击概率计算装置400可以实现根据电场判断是否有雷击发生。在判断出有雷击发生的情况下，可以记录雷击物，并根据所记录的雷击物，统计雷击概率。准确度较高。
本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (6)

1.一种雷击概率计算方法，其特征在于，包括：
获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；
计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；
根据所述电场判断是否有雷击发生；
在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；
根据所记录的雷击物，统计雷击概率；
在判断出没有雷击发生的情况下，计算所述输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场；
判断是否有上行先导产生；
在判断出有上行先导产生的情况下，控制上行先导分形发展；
控制雷电先导分形发展；
计算空间电场；
判断是否有雷击发生；
在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物；
再次根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在判断出没有上行先导产生的情况下，执行所述控制雷电先导分形发展的步骤。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述判断是否有上行先导产生，包括：
通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure FDA0004134215630000011
其中，Ec为临界场强，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。
4.一种雷击概率计算装置，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取输电线路的参数、雷击电流幅值以及落雷位置；
第一计算模块，用于计算所述输电线路和雷电通道放电路径周围空间的电场；
第一判断模块，用于根据所述电场判断是否有雷击发生；
第一记录模块，用于在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物，其中，所述雷击物包含杆塔、所述输电线路和大地中的一种；
第二计算模块，用于在判断出没有雷击发生的情况下，计算所述输电线路的表面电场以及避雷线的表面电场；
第二判断模块，用于判断是否有上行先导产生；
第一控制模块，用于在判断出有上行先导产生的情况下，控制上行先导分形发展；
第二控制模块，用于控制雷电先导分形发展；
第三计算模块，用于计算空间电场；
第三判断模块，用于判断是否有雷击发生；
第二记录模块，用于在判断出有雷击发生的情况下，记录雷击物；
统计模块，用于根据所记录的雷击物，统计雷击概率。
5.如权利要求4所述的雷击概率计算装置，其特征在于，所述雷击概率计算装置还包括：
执行模块，用于在判断出没有上行先导产生的情况下，执行所述控制雷电先导分形发展的步骤。
6.如权利要求5所述的雷击概率计算装置，其特征在于，所述第二判断模块具体用于通过以下公式判断是否有上行先导产生：
Figure FDA0004134215630000021
其中，Ec为临界场强，δ为相对空气密度，mc为导线表面粗糙系数，rc为导线临界半径。
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