CN113447768A - 多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置，所述方法包括：采集站内设备数据；根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。本发明能够准确得到多重雷下的断路器绝缘水平，从而确保断路器的安全稳定运行。

Description

多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置

技术领域

本发明涉及电力系统变电设备防雷领域，尤其涉及一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置。

背景技术

南方地区雷电活动频繁，据统计输电线路雷击跳闸率占线路跳闸总数的60％以上。根据雷电定位系统监测数据显示，雷击主放电后一般有多次后续回击，多重雷击一般是雷云对地放电时，雷云中存在多个电荷中心，在首个电荷中心发生对地放电后，后续电荷中心继续沿着前面的放电通道放电，多重雷击一般对变电站设备绝缘威胁更大，特别是雷雨季节，处于热备用的断路器极易出现断口绝缘损坏甚至爆炸等问题。目前，国家相关标准给出的变电站内断路器等设备的额定雷电冲击耐受水平都是针对单次雷击的，然而多重雷下的断路器断口雷电过电压水平要严峻得多，直接采用单次雷击下的断路器绝缘水平作为多重雷击下的断路器绝缘水平，显然不能确保断路器在雷雨季节安全可靠运行，甚至电网雷击跳闸发生事故的风险更大。

现有技术对于断路器在多重雷击下的绝缘水平无标准可参考，一些断路器虽然灭弧室干弧距离、爬距、触头开距等参数满足要求，但无法确定它是否满足多重雷击下的绝缘耐受要求。直接在断路器单次雷击下的绝缘水平基础上乘以绝缘配合系数可能导致断路器绝缘水平设计过大，造成设备绝缘投资成本过高，经济性较差。因此，如何合理确定多重雷下的断路器绝缘水平，对计算断路器的雷击故障率，并采取针对性防护措施，确保其安全稳定运行具有重要意义。

发明内容

本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置，能够准确得到多重雷下的断路器绝缘水平，从而确保断路器的安全稳定运行。

为了实现上述目的，本发明实施例提供了一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，包括：

采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；

根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；

在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；

将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；

根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

作为上述方案的改进，所述根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型，具体包括：

在电磁暂态程序中采用JMarti模型建立变电站进线段线路模型；

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先导发展模型建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用定值电阻模型建立杆塔接地电阻模型；其中，所述定值电阻的阻值为工频电阻的预设倍数；

在电磁暂态程序中采用入口电容对站内设备进行等值模拟；

在电磁暂态程序中采用峰值模型建立工频电压模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波和双指数波建立雷电流模型，并在所述雷电流模型中加入时控开关以控制雷电流的起止时间，模拟多重雷击；

将上述模型进行结合，建立绝缘水平评估仿真模型。

作为上述方案的改进，所述在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平，具体包括：

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_sr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_sr2；

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_sf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_sf2；

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平。

作为上述方案的改进，所述根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大绕击过电压水平为U_r0＝k₁U_xr1+k₂U_sr1；其中，U_r0为断路器闭合运行时的最大绕击过电压，k₁、k₂为过电压加权系数，0＜k₁＜1，0＜k₂＜1；

根据断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大绕击过电压水平为U_r1＝k₁U_xr2+k₂U_sr2；其中，U_r1为断路器断开运行时的最大绕击过电压。

作为上述方案的改进，所述根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大反击过电压水平为U_f0＝k₃U_xf1+k₄U_sf1；其中，U_f0为断路器闭合运行时的最大反击过电压，k₃、k₄为过电压加权系数，0＜k₃＜1，0＜k₄＜1；

根据断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大反击过电压水平为U_f1＝k₃U_xf2+k₄U_sf2；其中，U_f1为断路器断开运行时的最大反击过电压。

作为上述方案的改进，所述将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时的最大绕击过电压U_r0和断路器闭合运行时的最大反击过电压U_f0，得到断路器闭合运行时的最大雷电过电压水平为U₁＝max(U_r0,U_f0)；其中，U₁为断路器闭合运行时的最大雷电过电压；

根据断路器断开运行时的最大绕击过电压U_r1和断路器断开运行时的最大反击过电压U_f1，得到断路器断开运行时的最大雷电过电压水平为U₂＝max(U_r1,U_f1)；其中，U₂为断路器断开运行时的最大雷电过电压；

根据断路器闭合运行时的最大雷电过电压U₁和断路器断开运行时的最大雷电过电压U₂，得到断路器最大雷电过电压水平为U＝max(U₁,U₂)；其中，U为断路器最大雷电过电压。

作为上述方案的改进，所述将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平之后，还包括：

对所述断路器最大雷电过电压水平进行修正。

作为上述方案的改进，所述根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平，具体包括：

根据绝缘配合规程和所述断路器最大雷电过电压水平，得到断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率；

判断所述故障率是否超过预设阈值；

根据判断结果确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

作为上述方案的改进，所述判断结果具体包括：

若所述故障率超过预设阈值，则采取雷击防护措施；

若所述故障率不超过预设阈值，则不采取雷击防护措施。

本发明实施例还提供了一种多重雷下的断路器绝缘水平评估装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；

模型构建模块，用于根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；

仿真模块，用于在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；

雷电过电压获取模块，用于将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；

绝缘水平确定模块，用于根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

相对于现有技术，本发明实施例提供的一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置的有益效果在于：通过采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。本发明实施例通过在EMTP中建立变电站进线段和变电站在严格运行方式下的设备多重雷过电压仿真模型，融合斜角波和双指数波的特点进行多波形加权得到站内断路器上的雷电过电压水平；基于实际衰减振荡波与标准波的差异，对过电压水平进行一定程度的修正；然后结合规程给出的设备雷电过电压与其预期故障率的关系，计算在目前雷电过电压水平下的断路器故障率，并确定是否采取雷击防护措施，最终确定断路器的绝缘水平。该方法的断路器绝缘水平与断路器实际运行工况相符，能够准确得到多重雷下的断路器绝缘水平，从而确保断路器的安全稳定运行。

附图说明

图1是本发明提供的一种多重雷下的断路器绝缘水平评估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多重雷下的断路器绝缘水平评估装置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多重雷下的断路器绝缘水平评估方法的一个优选实施例的流程示意图。所述多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，包括：

S1，采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；

S2，根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；

S3，在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；

S4，将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；

S5，根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

需要说明的是，现有技术在进行雷电过电压仿真建模计算时，采用的雷电流波形一般为规程推荐的2.6/50us的斜角波，但仿真结果表明，采用斜角波进行计算时，站内雷电过电压水平显著低于采用双指数波和Heilder波仿真的结果，也就是说，采用斜角波得到的站内设备过电压水平可能不能真实反映设备在多重雷击下的过电压，且设备上的实际雷电过电压波形并非标准波形，这样基于这个过电压设计的设备绝缘水平可能无法满足设备的安全运行。因此，本发明融合斜角波和双指数波的特点进行多波形加权得到站内断路器上的雷电过电压水平，能够准确反映断路器咋多重雷下的过电压。

本发明实施例通过在EMTP中建立变电站进线段和变电站在严格运行方式下的设备多重雷过电压仿真模型，融合斜角波和双指数波的特点进行多波形加权得到站内断路器上的雷电过电压水平，然后结合设备雷电过电压与其预期故障率的关系，最终确定断路器的绝缘水平。该方法的断路器绝缘水平与断路器实际运行工况相符，能够准确得到多重雷下的断路器绝缘水平，从而确保断路器的安全稳定运行。

在另一个优选实施例中，所述S2，根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型，具体包括：

在电磁暂态程序中采用JMarti模型建立变电站进线段线路模型；

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先导发展模型建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用定值电阻模型建立杆塔接地电阻模型；其中，所述定值电阻的阻值为工频电阻的预设倍数；

在电磁暂态程序中采用入口电容对站内设备进行等值模拟；

在电磁暂态程序中采用峰值模型建立工频电压模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波和双指数波建立雷电流模型，并在所述雷电流模型中加入时控开关以控制雷电流的起止时间，模拟多重雷击；

将上述模型进行结合，建立绝缘水平评估仿真模型。

具体的，JMarti模型是一个与频率相关的线路模型，该模型具有可靠的计算准确性和数值稳定性。先导发展模型考虑了电力系统遭到雷击时真正加到绝缘子上的千差万别的过电压波形，从理论上比较符合放电的物理过程，利用了过电压波的全部信息，能够分析任意波形下绝缘子串的闪络情况。杆塔接地电阻模型优选按照工频电阻的0.7倍取值。考虑断路器在雷雨季节时的热备用运行状态，联合工频电压来确定断路器的最大绕击/反击雷电过电压水平，工频电压与雷电流极性相反，取峰值。

需要说明的是，考虑到多重雷的特点，后续雷电流幅值一般较前一次小，波头较前一次陡，因此仿真时假设第一次雷击的雷电流幅值为I₁，波头波尾为2.6/50us，第二次雷电流的幅值为I₂(I₂＜I₁)，波头波尾为t₁/50us(t₁＜2.6)。绕击时第一次雷击电流幅值I_r1根据电气几何模型计算结果分别取进线段杆塔的最大绕击雷电流，第二次雷击电流幅值I_r2＜I_r1，I_r2可结合雷电定位系统观测结果和IEEE导则中的数据取I_r2＝0.4I_r1，波头时间取t₁＝1.3us；同样地，反击时第一次雷击电流I_f1根据规程推荐的不同电压等级对应的雷电流选取，第二次雷击电流取I_f2＝0.4I_f1，波头时间取t₁＝1.3us。雷电流波形采用斜角波和双指数波模拟，第一次雷击时断路器处于闭合运行状态，第二次雷击时断路器处于断开运行状态。为了准确模拟多重雷，在雷电流模型中加入时控开关控制雷电流的起止时间，仿真模拟两重雷击，分别对应断路器的闭合与断开两种工况。

在又一个优选实施例中，所述S3，在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平，具体包括：

S301，在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2；

S302，在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_sr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_sr2；

S303，根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平；

S304，在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2；

S305，在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_sf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_sf2；

S306，根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平。

在又一个优选实施例中，所述S303，根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大绕击过电压水平为U_r0＝k₁U_xr1+k₂U_sr1；其中，U_r0为断路器闭合运行时的最大绕击过电压，k₁、k₂为过电压加权系数，0＜k₁＜1，0＜k₂＜1，实际时可取k₁＝0.7、k₂＝0.3；

根据断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大绕击过电压水平为U_r1＝k₁U_xr2+k₂U_sr2；其中，U_r1为断路器断开运行时的最大绕击过电压。

在又一个优选实施例中，所述S306，根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大反击过电压水平为U_f0＝k₃U_xf1+k₄U_sf1；其中，U_f0为断路器闭合运行时的最大反击过电压，k₃、k₄为过电压加权系数，0＜k₃＜1，0＜k₄＜1，实际时可取k₃＝0.7、k₄＝0.3；

根据断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大反击过电压水平为U_f1＝k₃U_xf2+k₄U_sf2；其中，U_f1为断路器断开运行时的最大反击过电压。

在又一个优选实施例中，所述S4，将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平，具体包括：

S401，根据断路器闭合运行时的最大绕击过电压U_r0和断路器闭合运行时的最大反击过电压U_f0，得到断路器闭合运行时的最大雷电过电压水平为U₁＝max(U_r0,U_f0)；其中，U₁为断路器闭合运行时的最大雷电过电压；

S402，根据断路器断开运行时的最大绕击过电压U_r1和断路器断开运行时的最大反击过电压U_f1，得到断路器断开运行时的最大雷电过电压水平为U₂＝max(U_r1,U_f1)；其中，U₂为断路器断开运行时的最大雷电过电压；

S403，根据断路器闭合运行时的最大雷电过电压U₁和断路器断开运行时的最大雷电过电压U₂，得到断路器最大雷电过电压水平为U＝max(U₁,U₂)；其中，U为断路器最大雷电过电压。

在又一个优选实施例中，所述S4，将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平之后，还包括：

对所述断路器最大雷电过电压水平进行修正。

具体的，考虑到实际雷电过电压波为非标准波，设备的额定雷电冲击耐受水平是在标准波下确定的，实际过电压波形下的过电压水平换算到标准波下数值一般略偏小，因此，雷击时断路器上的最大过电压水平修正后为U'＝(0.9～0.95)U。

在又一个优选实施例中，所述S5，根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平，具体包括：

S501，根据绝缘配合规程和所述断路器最大雷电过电压水平，得到断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率；

S502，判断所述故障率是否超过预设阈值；

S503，根据判断结果确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

具体的，按照规程GB/T 311.2-2013绝缘配合第2部分：使用导则中给出的雷电过电压U_CB与预期故障率T的关系，得到当前雷电过电压下的断路器故障率：

L_t＝T/T₀

其中，U_CB为断路器雷电过电压水平，U_p为避雷器保护水平，A为与变电站相连架空线的雷电性能因数，n为与变电站相连的最低线路数量，L为避雷器到线路的引线长度、避雷器接地长度、避雷器与被保护设备间导线长度、避雷器有效部分长度之和，L₁为档距，L_t为预期故障率T对应的架空线长度。T为预期故障率，T₀为变电站前1km架空线的设计跳闸率。

作为优选方案，所述判断结果具体包括：

若所述故障率超过预设阈值，则采取雷击防护措施；

若所述故障率不超过预设阈值，则不采取雷击防护措施。

具体的，在得到断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率之后，判断所述故障率是否超过预设阈值，若所述故障率超过预设阈值，则采取雷击防护措施，一般在断路器出线侧安装无间隙避雷器，当安装避雷器时，断路器的绝缘水平可按规程结合避雷器的冲击保护水平取值；若所述故障率不超过预设阈值，则不采取雷击防护措施，当未安装避雷器时，考虑15％的绝缘裕度，此时断路器的绝缘水平设计值可按下式选取：

U_CB＝1.15U'

需要说明的是，预设阈值为1/安全运行年。变电站一般都存在安全运行年指标，例如安全运行年是100时，则预设阈值可认为是1/100＝0.001。

相应地，本发明还提供一种多重雷下的断路器绝缘水平评估装置，能够实现上述实施例中的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法的所有流程。

请参阅图2，图2是本发明提供的一种多重雷下的断路器绝缘水平评估装置的一个优选实施例的结构示意图。所述多重雷下的断路器绝缘水平评估装置，包括：

数据采集模块201，用于采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；

模型构建模块202，用于根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；

仿真模块203，用于在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；

雷电过电压获取模块204，用于将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；

绝缘水平确定模块205，用于根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

优选地，所述模型构建模块202，具体用于：

在电磁暂态程序中采用JMarti频率相关模型建立变电站进线段线路模型；

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先导发展模型建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用定值电阻模型建立杆塔接地电阻模型；其中，所述定值电阻的阻值为工频电阻的预设倍数；

在电磁暂态程序中采用入口电容对站内设备进行等值模拟；

在电磁暂态程序中采用峰值模型建立工频电压模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波和双指数波建立雷电流模型，并在所述雷电流模型中加入时控开关以控制雷电流的起止时间，模拟多重雷击；

将上述模型进行结合，建立绝缘水平评估仿真模型。

优选地，所述仿真模块203，具体用于：

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_sr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_sr2；

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_sf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_sf2；

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平。

优选地，所述根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大绕击过电压水平为U_r0＝k₁U_xr1+k₂U_sr1；其中，U_r0为断路器闭合运行时的最大绕击过电压，k₁、k₂为过电压加权系数，0＜k₁＜1，0＜k₂＜1；

根据断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大绕击过电压水平为U_r1＝k₁U_xr2+k₂U_sr2；其中，U_r1为断路器断开运行时的最大绕击过电压。

优选地，所述根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大反击过电压水平为U_f0＝k₃U_xf1+k₄U_sf1；其中，U_f0为断路器闭合运行时的最大反击过电压，k₃、k₄为过电压加权系数，0＜k₃＜1，0＜k₄＜1；

根据断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大反击过电压水平为U_f1＝k₃U_xf2+k₄U_sf2；其中，U_f1为断路器断开运行时的最大反击过电压。

优选地，所述雷电过电压获取模块204，具体用于：

根据断路器闭合运行时的最大绕击过电压U_r0和断路器闭合运行时的最大反击过电压U_f0，得到断路器闭合运行时的最大雷电过电压水平为U₁＝max(U_r0,U_f0)；其中，U₁为断路器闭合运行时的最大雷电过电压；

根据断路器断开运行时的最大绕击过电压U_r1和断路器断开运行时的最大反击过电压U_f1，得到断路器断开运行时的最大雷电过电压水平为U₂＝max(U_r1,U_f1)；其中，U₂为断路器断开运行时的最大雷电过电压；

根据断路器闭合运行时的最大雷电过电压U₁和断路器断开运行时的最大雷电过电压U₂，得到断路器最大雷电过电压水平为U＝max(U₁,U₂)；其中，U为断路器最大雷电过电压。

优选地，所述雷电过电压获取模块204，还用于：

对所述断路器最大雷电过电压水平进行修正。

优选地，绝缘水平确定模块205，具体用于：

根据绝缘配合规程和所述断路器最大雷电过电压水平，得到断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率；

判断所述故障率是否超过预设阈值；

根据判断结果确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

优选地，所述判断结果具体包括：

若所述故障率超过预设阈值，则采取雷击防护措施；

若所述故障率不超过预设阈值，则不采取雷击防护措施。

在具体实施当中，本发明实施例提供的多重雷下的断路器绝缘水平评估装置的工作原理、控制流程及实现的技术效果，与上述实施例中的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法对应相同，在此不再赘述。

本发明实施例提供了一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法及装置，通过采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。本发明实施例通过在EMTP中建立变电站进线段和变电站在严格运行方式下的设备多重雷过电压仿真模型，融合斜角波和双指数波的特点进行多波形加权得到站内断路器上的雷电过电压水平；基于实际衰减振荡波与标准波的差异，对过电压水平进行一定程度的修正；然后结合规程给出的设备雷电过电压与其预期故障率的关系，计算在目前雷电过电压水平下的断路器故障率，并确定是否采取雷击防护措施，最终确定断路器的绝缘水平。该方法的断路器绝缘水平与断路器实际运行工况相符，能够准确得到多重雷下的断路器绝缘水平，从而确保断路器的安全稳定运行。

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)

1.一种多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，包括：

采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；

根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；

在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；

将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；

根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

2.如权利要求1所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型，具体包括：

在电磁暂态程序中采用JMarti频率相关模型建立变电站进线段线路模型；

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先导发展模型建立绝缘子串闪络模型；

在电磁暂态程序中采用定值电阻模型建立杆塔接地电阻模型；其中，所述定值电阻的阻值为工频电阻的预设倍数；

在电磁暂态程序中采用入口电容对站内设备进行等值模拟；

在电磁暂态程序中采用峰值模型建立工频电压模型；

在电磁暂态程序中采用斜角波和双指数波建立雷电流模型，并在所述雷电流模型中加入时控开关以控制雷电流的起止时间，模拟多重雷击；

将上述模型进行结合，建立绝缘水平评估仿真模型。

3.如权利要求1所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平，具体包括：

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击，得到断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_sr1，断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_sr2；

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重斜角波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2；

在所述绝缘水平评估仿真模型中采用多重双指数波对变电站进线段杆塔进行反击，得到断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_sf1，断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_sf2；

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平。

4.如权利要求3所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，及断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大绕击过电压U_xr1和U_sr1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大绕击过电压水平为U_r0＝k₁U_xr1+k₂U_sr1；其中，U_r0为断路器闭合运行时的最大绕击过电压，k₁、k₂为过电压加权系数，0＜k₁＜1，0＜k₂＜1；

根据断路器断开运行时对应的最大绕击过电压U_xr2和U_sr2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大绕击过电压水平为U_r1＝k₁U_xr2+k₂U_sr2；其中，U_r1为断路器断开运行时的最大绕击过电压。

5.如权利要求4所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，及断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下的断路器最大反击过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时对应的最大反击过电压U_xf1和U_sf1，获取两波形加权下断路器闭合运行时的最大反击过电压水平为U_f0＝k₃U_xf1+k₄U_sf1；其中，U_f0为断路器闭合运行时的最大反击过电压，k₃、k₄为过电压加权系数，0＜k₃＜1，0＜k₄＜1；

根据断路器断开运行时对应的最大反击过电压U_xf2和U_sf2，获取两波形加权下断路器断开运行时的最大反击过电压水平为U_f1＝k₃U_xf2+k₄U_sf2；其中，U_f1为断路器断开运行时的最大反击过电压。

6.如权利要求5所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平，具体包括：

根据断路器闭合运行时的最大绕击过电压U_r0和断路器闭合运行时的最大反击过电压U_f0，得到断路器闭合运行时的最大雷电过电压水平为U₁＝max(U_r0,U_f0)；其中，U₁为断路器闭合运行时的最大雷电过电压；

根据断路器断开运行时的最大绕击过电压U_r1和断路器断开运行时的最大反击过电压U_f1，得到断路器断开运行时的最大雷电过电压水平为U₂＝max(U_r1,U_f1)；其中，U₂为断路器断开运行时的最大雷电过电压；

根据断路器闭合运行时的最大雷电过电压U₁和断路器断开运行时的最大雷电过电压U₂，得到断路器最大雷电过电压水平为U＝max(U₁,U₂)；其中，U为断路器最大雷电过电压。

7.如权利要求1所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平之后，还包括：

对所述断路器最大雷电过电压水平进行修正。

8.如权利要求1所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平，具体包括：

根据绝缘配合规程和所述断路器最大雷电过电压水平，得到断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率；

判断所述故障率是否超过预设阈值；

根据判断结果确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

9.如权利要求8所述的多重雷下的断路器绝缘水平评估方法，其特征在于，所述判断结果具体包括：

若所述故障率超过预设阈值，则采取雷击防护措施；

若所述故障率不超过预设阈值，则不采取雷击防护措施。

10.一种多重雷下的断路器绝缘水平评估装置，其特征在于，包括：

数据采集模块，用于采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括变电站进线段线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；

模型构建模块，用于根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立绝缘水平评估仿真模型；

仿真模块，用于在所述绝缘水平评估仿真模型中分别采用多重斜角波和多重双指数波对变电站进线段杆塔进行绕击和反击，获取两波形加权下的断路器最大绕击过电压水平和最大反击过电压水平；

雷电过电压获取模块，用于将所述最大绕击过电压水平和所述最大反击过电压水平进行结合，得到断路器最大雷电过电压水平；

绝缘水平确定模块，用于根据所述断路器最大雷电过电压水平以及断路器在所述最大雷电过电压水平下的故障率，确定所述断路器在多重雷击下的绝缘水平。

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