CN113326613A - 基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置，所述方法包括：采集变电站进线段预设范围内的数据；根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。本发明能够使变电站雷电过电压仿真计算结果更准确，从而可以有效确保变电站设备的安全稳定运行。

Description

基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统变电设备防雷领域，尤其涉及一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置。

背景技术

近年来，南方地区雷电活动频繁，因雷击造成的输变电设备故障率较高，特别是雷电侵入波造成变电站设备损坏的事件时常发生，严重威胁电网的安全稳定运行。因此，合理准确开展变电站雷电过电压仿真计算不仅有利于设计变电站设备的绝缘水平，还可以根据仿真计算结果，提前做好设备的雷击防护措施，避免因变电站运行方式改变造成站内雷电过电压水平高，导致设备绝缘受损甚至爆炸的事件发生。

目前，国内外虽然在变电站雷电过电压仿真方面开展了较多研究，但在仿真建模、参数取值等方面存在不合理的地方。例如，在确定变电站进线段杆塔绕击雷电流时，不少学者认为输电线路绕击雷电流较小，直接忽略了绕击侵入波的影响，或者绕击雷电流取值不合理；在确定反击雷电流时，直接套用规程推荐的数值，忽略了雷电活动的区域分散性对雷电流的影响。仿真建模时直接忽略了雷击时进线段冲击电晕的影响，特别是对于500kV线路，由于线路电压等级较高，雷击时线路冲击电晕较大，冲击电晕将直接影响雷电侵入波波形，使过电压波波头发生衰减和畸变，直接影响站内雷电过电压水平，忽略冲击电晕的影响会使站内设备雷电过电压仿真计算结果偏高。采用入口电容等值站内设备时，未基于变电站的实际情况来设置入口电容的大小，而是按照一般的大小取值，直接影响变电站内设备上的真实雷电过电压水平。这些问题将直接造成变电站雷电过电压仿真计算结果不准确，导致设备绝缘水平设计过高或者过低，容易出现设备因绝缘裕度较高投入成本过大，或因绝缘水平不够后期运行时频繁发生绝缘闪络引起的跳闸甚至爆炸事故。因此，合理准确开展变电站雷电过电压仿真计算对站内设备甚至大电网的安全可靠运行具有重要意义。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置，能够使变电站雷电过电压仿真计算结果更准确，从而可以有效确保变电站设备的安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，包括：

采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；

根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；

根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。

作为上述方案的改进，所述根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型，具体包括：

根据Peek公式

计算导线的起晕场强，根据公式

计算导线和避雷线的起晕电压，建立导线冲击电晕模型；其中，E₀为空气击穿场强；m为导线表面的光滑系数；σ为相对空气密度；f为电压的极性系数；r_d为分裂导线的几何半径；n为导线分裂数；h_d为导线的平均高度；r_e为分裂导线的等效半径；d为导线分裂间距；

在电磁暂态程序中采用多波阻抗模型建立杆塔模型；

在电磁暂态程序中采用伏秒特性曲线相交法建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用集中电阻模型建立杆塔接地电阻模型；

在电磁暂态程序中采用一线一变的运行方式对站内设备进行仿真模拟；

在电磁暂态程序中采用入口电容对变压器、断路器、隔离开关及电流互感器进行等值模拟；其中，各设备入口电容采用其实测值；

在电磁暂态程序中采用波阻抗模型建立站内连接导线模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波建立雷电流模型；

将上述模型进行结合，建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型。

作为上述方案的改进，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

根据电气几何模型基于线路、地形地貌参数，计算得到变电站最大绕击雷电流为I_rmax；

获取所述变电站绕击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的绕击跳闸50％电流I_r50；

则所述预设的绕击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50；其中，k₁、k₂为电流加权系数。

作为上述方案的改进，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

获取反击雷电流的规程推荐值为I_f1；

获取所述变电站反击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的反击跳闸50％电流I_f50；

则所述预设的反击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50。

作为上述方案的改进，所述在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平，具体包括：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对预设范围内的逐塔导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；

在绕击模拟时，考虑工频电压的影响；其中，绕击工频电压与雷电流极性相同，工频电压取其最大运行峰值。

作为上述方案的改进，所述在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平，具体包括：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对预设范围内的逐基杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；

在反击模拟时，考虑工频电压和感应电压的影响；其中，反击工频电压与雷电流极性相反，工频电压取其最大运行峰值；感应电压分量通过计算得到。

作为上述方案的改进，所述感应电压分量通过计算得到，具体为：

通过公式

计算得到感应电压分量；

其中，u_i为反击时的感应电压分量；i为雷电流瞬时值；a为雷电流陡度；k_β为主放电速度与光速c的比值；h_c,t为导线在杆塔处的悬挂高度；h_c,av为导线对地平均高度；h_t,av为地线对地平均高度；h_T为杆塔高度；t为时间；d_R为雷击杆塔时，迎面先导的长度；k₀为地线和导线间的耦合系数。

本发明实施例还提供了一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置，包括：

数据采集模块，用于采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；计算

模型构建模块，用于根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；

绕击过电压获取模块，用于在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；

反击过电压获取模块，用于在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；

雷电过电压获取模块，用于根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。

本发明实施例还提供了一种终端设备，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一项所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一项所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法。

相对于现有技术，本发明实施例提供的一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置的有益效果在于：通过采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。本发明与目前常用的仿真方法相比，在仿真建模时不仅合理考虑了进线段导线和杆塔的绕击及反击侵入波，而且在电流取值上充分结合了目前广泛应用的电气几何模型计算结果、规程推荐的取值及变电站附近近5-10年雷电统计的雷电流特性，解决了以往只考虑反击过电压或绕、反击电流取值不合理导致的站内过电压仿真结果不准确的问题；同时，考虑了雷击时进线段导线的冲击电晕效应，计及了由冲击电晕导致的波形传输衰减和畸变，使变电站雷电侵入波仿真计算结果更准确；并对站内设备采用实际测量的电容大小来作为其入口等值电容模拟，且建模时考虑了工频电压和感应电压的影响，这样仿真计算结果与实际更加接近，有利于合理指导设计变电站设备绝缘水平，避免出现绝缘投资过大或绝缘裕度不足的问题，具有很好的可信度，可有效确保设备的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明提供的一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法的一个优选实施例的流程示意图；

图2是本发明提供的一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置的一个优选实施例的结构示意图；

图3是本发明提供的一种终端设备的一个优选实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，图1是本发明提供的一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法的一个优选实施例的流程示意图。所述基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，包括：

S1，采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；

S2，根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；

S3，在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；

S4，在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；

S5，根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。

需要说明的是，预设范围优选为变电站进线段2km范围，采集变电站进线段2km范围内的所有线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌及变电站电气平面图及设备的相关参数等数据。

本发明实施例在仿真建模时不仅合理考虑了进线段导线和杆塔的绕击及反击侵入波，而且在电流取值上充分结合了目前广泛应用的电气几何模型计算结果、规程推荐的取值及变电站绕击跳闸实测数据，解决了以往只考虑反击过电压或绕、反击电流取值不合理导致的站内过电压仿真结果不准确的问题；同时，考虑了雷击时进线段导线的冲击电晕效应，计及了由冲击电晕导致的波形传输衰减和畸变，使变电站雷电侵入波仿真计算结果更准确，避免出现绝缘投资过大或绝缘裕度不足的问题，具有很好的可信度，可有效确保设备的安全稳定运行。

在另一个优选实施例中，所述S2，根据所述设备数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型，具体包括：

根据Peek公式

计算导线的起晕场强，根据公式

计算导线和避雷线的起晕电压，建立导线冲击电晕模型；其中，E₀为空气击穿场强；m为导线表面的光滑系数；σ为相对空气密度；f为电压的极性系数；r_d为分裂导线的几何半径；n为导线分裂数；h_d为导线的平均高度；r_e为分裂导线的等效半径；d为导线分裂间距；

在电磁暂态程序中采用多波阻抗模型建立杆塔模型；

在电磁暂态程序中采用伏秒特性曲线相交法建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用集中电阻模型建立杆塔接地电阻模型；

在电磁暂态程序中采用一线一变的运行方式对站内设备进行仿真模拟；

在电磁暂态程序中采用入口电容对变压器、断路器、隔离开关及电流互感器进行等值模拟；其中，各设备入口电容采用其实测值；

在电磁暂态程序中采用波阻抗模型建立站内连接导线模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波建立雷电流模型；

将上述模型进行结合，建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型。

具体的，E₀为空气击穿场强，取30kV/cm；m为导线表面的光滑系数，取0.82；σ为相对空气密度，取1.0；f为电压的极性系数，取1.0；r_d为分裂导线的几何半径。在电磁暂态程序中采用入口电容对变压器、断路器、隔离开关及电流互感器进行等值模拟，其中，各设备入口电容采用其实测值，使得仿真计算结果与实际更加接近。在电磁暂态程序中采用波阻抗模型建立站内连接导线模型，波阻抗计算公式如下：

其中，Z_c为站内导线的波阻抗；h_c为导线高度；r_e为导线等值半径。

在电磁暂态程序中采用斜角波建立雷电流模型，斜角波的波头波尾优选为2.6/50us。

在又一个优选实施例中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

根据电气几何模型基于线路、地形地貌参数，计算得到变电站最大绕击雷电流为I_rmax；

获取所述变电站绕击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的绕击跳闸50％电流I_r50；

则所述预设的绕击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50；其中，k₁、k₂为电流加权系数，仿真时可取k₁＝0.7、k₂＝0.3。

在又一个优选实施例中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

获取反击雷电流的规程推荐值为I_f1；

获取所述变电站反击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的反击跳闸50％电流I_f50；

则所述预设的反击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50。

作为优选方案，S3，所述在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平，具体包括：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对预设范围内的逐塔导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；

在绕击模拟时，考虑工频电压的影响；其中，绕击工频电压与雷电流极性相同，工频电压取其最大运行峰值。

具体的，在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对变电站进线段2km范围内的逐塔导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；在绕击模拟时，考虑导线上工频电压的影响；其中，绕击工频电压与雷电流极性相同，工频电压取其最大运行峰值。

需要说明的是，一般在讨论雷电侵入波时，都是选取1-2km与变电站相连的杆塔线路进行分析，这段线路即进线段，逐塔就是这段进线段包含的杆塔数量(一般为4-5基塔)。对逐塔导线进行绕击，是因为绕击位置不一样，站内过电压水平不一样，所以对每个基塔处的导线都要绕击一次。

作为优选方案，所述S4，在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平，具体包括：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对预设范围内的逐基杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；

在反击模拟时，考虑工频电压和感应电压的影响；其中，反击工频电压与雷电流极性相反，工频电压取其最大运行峰值；感应电压分量通过计算得到。

具体的，在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对变电站进线段2km范围内的逐基杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；在反击模拟时，考虑导线上工频电压和雷击塔顶时导线上的感应电压的影响；其中，反击工频电压与雷电流极性相反，工频电压取其最大运行峰值；感应电压分量通过计算得到。

作为优选方案，所述感应电压分量通过计算得到，具体为：

通过公式

计算得到感应电压分量；

其中，u_i为反击时的感应电压分量；i为雷电流瞬时值；a为雷电流陡度；k_β为主放电速度与光速c的比值；h_c,t为导线在杆塔处的悬挂高度；h_c,av为导线对地平均高度；h_t,av为地线对地平均高度；h_T为杆塔高度；t为时间；d_R为雷击杆塔时，迎面先导的长度；k₀为地线和导线间的耦合系数。

需要说明的是，k_β为主放电速度与光速c的比值，

d_R为雷击杆塔时，迎面先导的长度，d_R＝5i^0.65。

相应地，本发明还提供一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置，能够实现上述实施例中的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法的所有流程。

请参阅图2，图2是本发明提供的一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置的一个优选实施例的结构示意图。所述基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置，包括：

数据采集模块201，用于采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；计算

模型构建模块202，用于根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；

绕击过电压获取模块203，用于在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；

反击过电压获取模块204，用于在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；

雷电过电压获取模块205，用于根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。

优选地，所述模型构建模块202，具体用于：

根据Peek公式

计算导线的起晕场强，根据公式

计算导线和避雷线的起晕电压，建立导线冲击电晕模型；其中，E₀为空气击穿场强；m为导线表面的光滑系数；σ为相对空气密度；f为电压的极性系数；r_d为分裂导线的几何半径；n为导线分裂数；h_d为导线的平均高度；r_e为分裂导线的等效半径；d为导线分裂间距；

在电磁暂态程序中采用多波阻抗模型建立杆塔模型；

在电磁暂态程序中采用伏秒特性曲线相交法建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用集中电阻模型建立杆塔接地电阻模型；

在电磁暂态程序中采用一线一变的运行方式对站内设备进行仿真模拟；

在电磁暂态程序中采用入口电容对变压器、断路器、隔离开关及电流互感器进行等值模拟；其中，各设备入口电容采用其实测值；

在电磁暂态程序中采用波阻抗模型建立站内连接导线模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波建立雷电流模型；

将上述模型进行结合，建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型。

优选地，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

根据电气几何模型基于线路、地形地貌参数，计算得到变电站最大绕击雷电流为I_rmax；

获取所述变电站绕击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的绕击跳闸50％电流I_r50；

则所述预设的绕击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50；其中，k₁、k₂为电流加权系数。

优选地，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

获取反击雷电流的规程推荐值为I_f1；

获取所述变电站反击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的反击跳闸50％电流I_f50；

则所述预设的反击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50。

优选地，所述绕击过电压获取模块203，具体用于：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对预设范围内的逐塔导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；

在绕击模拟时，考虑工频电压的影响；其中，绕击工频电压与雷电流极性相同，工频电压取其最大运行峰值。

优选地，所述反击过电压获取模块204，具体用于：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对预设范围内的逐基杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；

在反击模拟时，考虑工频电压和感应电压的影响；其中，反击工频电压与雷电流极性相反，工频电压取其最大运行峰值；感应电压分量通过计算得到。

优选地，所述感应电压分量通过计算得到，具体为：

通过公式

计算得到感应电压分量；

其中，u_i为反击时的感应电压分量；i为雷电流瞬时值；a为雷电流陡度；k_β为主放电速度与光速c的比值；h_c,t为导线在杆塔处的悬挂高度；h_c,av为导线对地平均高度；h_t,av为地线对地平均高度；h_T为杆塔高度；t为时间；d_R为雷击杆塔时，迎面先导的长度；k₀为地线和导线间的耦合系数。

在具体实施当中，本发明实施例提供的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置的工作原理、控制流程及实现的技术效果，与上述实施例中的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法对应相同，在此不再赘述。

请参阅图3，图3是本发明提供的一种终端设备的一个优选实施例的结构示意图。所述终端设备包括处理器301、存储器302以及存储在所述存储器302中且被配置为由所述处理器301执行的计算机程序，所述处理器301执行所述计算机程序时实现上述任一实施例所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法。

优选地，所述计算机程序可以被分割成一个或多个模块/单元(如计算机程序1、计算机程序2、……)，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器302中，并由所述处理器301执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序在所述终端设备中的执行过程。

所述处理器301可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等，通用处理器可以是微处理器，或者所述处理器301也可以是任何常规的处理器，所述处理器301是所述终端设备的控制中心，利用各种接口和线路连接所述终端设备的各个部分。

所述存储器302主要包括程序存储区和数据存储区，其中，程序存储区可存储操作系统、至少一个功能所需的应用程序等，数据存储区可存储相关数据等。此外，所述存储器302可以是高速随机存取存储器，还可以是非易失性存储器，例如插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card，SMC)、安全数字(Secure Digital，SD)卡和闪存卡(Flash Card)等，或所述存储器302也可以是其他易失性固态存储器件。

需要说明的是，上述终端设备可包括，但不仅限于，处理器、存储器，本领域技术人员可以理解，图3的结构示意图仅仅是上述终端设备的示例，并不构成对上述终端设备的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件。

本发明实施例还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行上述任一实施例所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法。

本发明实施例提供了一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法及装置，通过采集变电站进线段预设范围内的设备数据；其中，所述设备数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；根据所述设备数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。本发明与目前常用的仿真方法相比，在仿真建模时不仅合理考虑了进线段导线和杆塔的绕击及反击侵入波，而且在电流取值上充分结合了目前广泛应用的电气几何模型计算结果、规程推荐的取值及变电站附近近5-10年雷电统计的雷电流特性，解决了以往只考虑反击过电压或绕、反击电流取值不合理导致的站内过电压仿真结果不准确的问题；同时，考虑了雷击时进线段导线的冲击电晕效应，计及了由冲击电晕导致的波形传输衰减和畸变，使变电站雷电侵入波仿真计算结果更准确；并对站内设备采用实际测量的电容大小来作为其入口等值电容模拟，且建模时考虑了工频电压和感应电压的影响，这样仿真计算结果与实际更加接近，有利于合理指导设计变电站设备绝缘水平，避免出现绝缘投资过大或绝缘裕度不足的问题，具有很好的可信度，可有效确保设备的安全稳定运行。

需说明的是，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。另外，本发明提供的系统实施例附图中，模块之间的连接关系表示它们之间具有通信连接，具体可以实现为一条或多条通信总线或信号线。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，包括：

采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；

根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；

根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。

2.如权利要求1所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，所述根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型，具体包括：

根据Peek公式

计算导线的起晕场强，根据公式

计算导线和避雷线的起晕电压，建立导线冲击电晕模型；其中，E₀为空气击穿场强；m为导线表面的光滑系数；σ为相对空气密度；f为电压的极性系数；r_d为分裂导线的几何半径；n为导线分裂数；h_d为导线的平均高度；r_e为分裂导线的等效半径；d为导线分裂间距；

在电磁暂态程序中采用多波阻抗模型建立杆塔模型；

在电磁暂态程序中采用伏秒特性曲线相交法建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用集中电阻模型建立杆塔接地电阻模型；

在电磁暂态程序中采用一线一变的运行方式对站内设备进行仿真模拟；

在电磁暂态程序中采用入口电容对变压器、断路器、隔离开关及电流互感器进行等值模拟；其中，各设备入口电容采用其实测值；

在电磁暂态程序中采用波阻抗模型建立站内连接导线模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波建立雷电流模型；

将上述模型进行结合，建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型。

3.如权利要求1所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

根据电气几何模型基于线路、地形地貌参数，计算得到变电站最大绕击雷电流为I_rmax；

获取所述变电站绕击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的绕击跳闸50％电流I_r50；

则所述预设的绕击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50；其中，k₁、k₂为电流加权系数。

4.如权利要求1所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定，具体包括：

获取反击雷电流的规程推荐值为I_f1；

获取所述变电站反击跳闸实测数据为变电站附近近5-10年统计的反击跳闸50％电流I_f50；

则所述预设的反击雷电流I_r＝k₁I_rmax+k₂I_r50。

5.如权利要求1所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，所述在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平，具体包括：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对预设范围内的逐塔导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；

在绕击模拟时，考虑工频电压的影响；其中，绕击工频电压与雷电流极性相同，工频电压取其最大运行峰值。

6.如权利要求1所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，所述在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平，具体包括：

在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对预设范围内的逐基杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；

在反击模拟时，考虑工频电压和感应电压的影响；其中，反击工频电压与雷电流极性相反，工频电压取其最大运行峰值；感应电压分量通过计算得到。

7.如权利要求6所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法，其特征在于，所述感应电压分量通过计算得到，具体为：

通过公式

计算得到感应电压分量；

其中，u_i为反击时的感应电压分量；i为雷电流瞬时值；a为雷电流陡度；k_β为主放电速度与光速c的比值；h_c,t为导线在杆塔处的悬挂高度；h_c,av为导线对地平均高度；h_t,av为地线对地平均高度；h_T为杆塔高度；t为时间；d_R为雷击杆塔时，迎面先导的长度；k₀为地线和导线间的耦合系数。

8.一种基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集变电站进线段预设范围内的相关数据；其中，所述数据包括线路、杆塔、绝缘子串、地形地貌、变电站电气平面图及设备的相关参数；计算

模型构建模块，用于根据所述数据在电磁暂态程序中建立包含导线冲击电晕模型的雷电过电压仿真计算模型；

绕击过电压获取模块，用于在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的绕击雷电流对进线段导线进行绕击的模拟，得到变电站绕击过电压水平；其中，所述预设的绕击雷电流根据电气几何模型和变电站绕击跳闸实测数据加权确定；

反击过电压获取模块，用于在所述雷电过电压仿真计算模型中采用预设的反击雷电流对进线段杆塔塔顶进行反击的模拟，得到变电站反击过电压水平；其中，所述预设的反击雷电流根据规程推荐值和变电站反击跳闸实测数据加权确定；

雷电过电压获取模块，用于根据所述变电站绕击过电压水平和所述变电站反击过电压水平，确定所述变电站的雷电过电压水平。

9.一种终端设备，其特征在于，包括处理器、存储器以及存储在所述存储器中且被配置为由所述处理器执行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7中任意一项所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质包括存储的计算机程序，其中，在所述计算机程序运行时控制所述计算机可读存储介质所在设备执行如权利要求1至7中任意一项所述的基于实测数据的变电站雷电过电压仿真计算方法。

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