CN113884825B - 一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法和系统 - Google Patents

一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法和系统，首先模拟雷击输电线路杆塔塔顶，并进行雷击同跳耐受电流阈值测试；其次更改耦合地线的根数，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值；计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论值；进行同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算公式的优化；最后计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子。本发明开发了一套考虑耦合地线数量的110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试平台，并提出了一种考虑耦合地线数量的110kV输电线路雷击同跳耐受性能测评方法，可对同塔双回输电线路进行雷击同跳耐受性能的测试与评估。

Description

一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法和系统
技术领域
本发明涉及输电线路雷电防护技术领域，更具体地，涉及一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法和系统。
背景技术
雷电作为一种自然的放电现象，也是引起110kV输电线路跳闸的核心影响因素，严重威胁电力系统的供电可靠性。近年来，为减小线路建设成本、节约土地资源，同塔多回输电线路应用广泛，而防止同塔多回输电线路发生雷击同跳，也成为了研究热点。此外，耦合地线作为一种常用的防雷措施，其架设的数量具有一定的可选择性，过多或者过少都将影响防雷效果。因此，开发一套考虑耦合地线数量的110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试平台，并提出一种考虑耦合地线数量的110kV输电线路雷击同跳测评方法显得尤为重要。
现有针对于输电线路系统防雷的研究主要依靠于仿真以及单回输电线路系统，而缺乏对110kV输电线路模拟测试系统的雷击同跳故障的技术防范，更没有考虑耦合地线数量的同塔多回输电线路雷击同跳故障的研究，因此提出一种考虑耦合地线数量的110kV输电线路雷击同跳测评方法，并搭建测试平台，为评估典型110kV同塔多回输电线路的雷击同跳耐受性能、多回输电线路系统的防雷设计提供坚实基础，更是为今后提高输电线路的安全运行稳定性提供重要保障。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法和系统。
该方法，首先模拟雷击输电线路杆塔塔顶，并进行雷击同跳耐受电流阈值测试；其次更改耦合地线的根数，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值；计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论值；进行同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算公式的优化；最后计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子。
本发明的技术方案如下：
一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：模拟雷击输电线路杆塔塔顶，并进行雷击同跳耐受电流阈值测试；
S2：更改耦合地线的根数，重复步骤S1，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值；
S3：计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论值；
S4：进行同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算公式的优化，得出使同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值和实验实测值误差最小的μ值；
S5：计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子σ，综合评估因子σ判断输电线路雷击同跳耐受性能。
进一步地，S1的具体步骤如下：
1.1)、打开雷电流发生器，输出幅值为I的雷电流至第一基杆塔的塔顶，无线电流传感器记录注入第一基杆塔塔顶的雷电流，并无线传输至无线接收模块，进而传输至上位机；同时若干高压差分探头分别测量各绝缘子串两端的过电压，并通过数据采集器传输至上位机上，上位机控制信号控制器关闭雷电流发生器，并判断各绝缘子串是否发生闪络；
1.2)若有绝缘子串发生闪络，则通过信号控制器使雷电流发生器输出的雷电流幅值减小ΔI，再次打开雷电流发生器，重复上述1.1)，直到绝缘子串均不发生闪络，转至下述1.3)的方法，确定雷击同跳耐受电流阈值；
1.3)、若发现绝缘子串均未闪络，则通过信号控制器使雷电流发生器输出的雷电流幅值增加ΔI，再次打开雷电流发生器，重复上述1.1)，直到发现杆塔一侧绝缘子串中至少有1个绝缘子串发生闪络，同时，杆塔另一侧绝缘子串中至少有1个绝缘子串发生闪络，则将这一次测得的雷电流幅值Ic作为雷击同跳耐受电流阈值。
3、根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：S2的具体步骤如下：
更改耦合地线的根数，重复步骤S1，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值；所述耦合地线的根数的变化范围具体为1至9。
4、根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：S3的具体步骤如下：
式中，It为同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，l为接地装置导体的总长度，h为接地装置埋深，d为接地装置导体的直径，e为自然常数，α为雷电流分流系数，ρ为土壤电阻率，U50％为绝缘子串的闪络电压，K为经电晕校正后的耦合系数，Lgt为杆塔的等效电感，hd为输电导线的平均高度；μ为误差系数，η为积分变量，N为耦合地线的根数。
进一步地，S4的具体步骤如下：
4.1)随机生成初始解μ，建立适应度函数f(μ)：
式(6)中，f(μ)表示适应度函数，Iti为i根耦合地线下同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，Ici为i根耦合地线下同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的测量值，m为实测的雷击同跳耐受电流阈值的数据组数；
4.2)通过自然启发式搜索方式得到新解μ'，若f(μ)≤f(μ')，μ作为新解；反之μ'作为新解；
4.3)判断是否满足终止条件，若满足，则运算结束输出最优解μ0，否则回到步骤4.2)；
4.4)将优化得出的最优μ0带入公式(1)，得到优化后的理论计算公式：
式(7)中，Ith为优化后的同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，μ0为优化得出的最优误差系数。
进一步地，S5的具体步骤如下：
计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子σ：
若σ∈(5，+∞)，则同塔双回输电线路雷击同跳耐受性能为差，需要进行线路优化改造；若σ∈[0，5]，则同塔双回输电线路雷击同跳耐受性能为优。
本发明还涉及的110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试系统，包括雷电流发生器、数据测量分析控制模块、无线电流传感器、同轴电缆、第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔、A相线路一、B相线路一、C相线路一、A相线路二、B相线路二、C相线路二、避雷线、耦合地线；
所述雷电流发生器的输出端通过同轴电缆连接至第一基杆塔的塔顶，无线电流传感器套接在同轴电缆上；
所述避雷线分别将第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔串接起来。
所述耦合地线分别将第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔串接起来，且耦合地线的离地高度同时低于C相线路二和C相线路一的离地高度。
进一步地，测试平台中第一基杆塔包括杆塔主体一、A相绝缘子串一、B相绝缘子串一、C相绝缘子串一、A相绝缘子串二、B相绝缘子串二、C相绝缘子串二、接地引下线、接地装置；A相绝缘子串一两端分别连接杆塔主体一与A相线路一，B相绝缘子串一两端分别连接杆塔主体一与B相线路一，C相绝缘子串一两端分别连接杆塔主体一与C相线路一；A相绝缘子串二两端分别连接杆塔主体一与A相线路二，B相绝缘子串二两端分别连接杆塔主体一与B相线路二，C相绝缘子串二两端分别连接杆塔主体一与C相线路二；杆塔主体一底部通过接地引下线连接到接地装置上。
进一步地，所述数据测量分析控制模块包括高压差分探头一、高压差分探头二、高压差分探头三、高压差分探头四、高压差分探头五、高压差分探头六、数据采集器、无线接收模块、上位机、信号控制器；其中高压差分探头一、高压差分探头二、高压差分探头三、高压差分探头四、高压差分探头五、高压差分探头六分别接在A相绝缘子串一、B相绝缘子串一、C相绝缘子串一、A相绝缘子串二、B相绝缘子串二、C相绝缘子串二的两端，并通过数据采集器连接到上位机上；无线接收模块将无线电流传感器采集的电流传输至上位机；上位机通过控制信号控制器改变雷电流发生器的输出电压。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
1)本发明的平台，可对典型110kV同塔双回输电线路进行雷击同跳耐受性能的测试；可评估典型110kV同塔多回输电线路雷击同跳耐受性能。
2)本发明为多回输电线路系统的防雷设计提供坚实基础，更是为今后提高输电线路的安全运行稳定性提供重要保障。
附图说明
图1为本发明系统结构图。
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
本实施例的考虑耦合地线数量的110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试平台。该测试平台包括雷电流发生器6、数据测量分析控制模块17、无线电流传感器71、同轴电缆7、第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23、A相线路一101、B相线路一102、C相线路一103、A相线路二111、B相线路二112、C相线路二113、避雷线8、耦合地线9。
雷电流发生器6的输出端通过同轴电缆7连接至第一基杆塔21的塔顶，无线电流传感器71套接在同轴电缆7上。
避雷线8分别将第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23串接起来。耦合地线9分别将第一基杆塔21、第二基杆塔22、第三基杆塔23串接起来，且耦合地线9的离地高度同时低于C相线路二113和C相线路一103的离地高度。
测试平台中第一基杆塔21包括杆塔主体一15、A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133、A相绝缘子串二141、B相绝缘子串二142、C相绝缘子串二143、接地引下线161、接地装置162；A相绝缘子串一131两端分别连接杆塔主体一15与A相线路一101，B相绝缘子串一132两端分别连接杆塔主体一15与B相线路一102，C相绝缘子串一133两端分别连接杆塔主体一15与C相线路一103；A相绝缘子串二141两端分别连接杆塔主体一15与A相线路二111，B相绝缘子串二142两端分别连接杆塔主体一15与B相线路二112，C相绝缘子串二143两端分别连接杆塔主体一15与C相线路二113；杆塔主体一15底部通过接地引下线161连接到接地装置162上。
测试平台中，数据测量分析控制模块17包括高压差分探头一41、高压差分探头二42、高压差分探头三43、高压差分探头四44、高压差分探头五45、高压差分探头六46、数据采集器3、无线接收模块2、上位机1、信号控制器5。
其中，高压差分探头一41、高压差分探头二42、高压差分探头三43、高压差分探头四44、高压差分探头五45、高压差分探头六46分别接在A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133、A相绝缘子串二141、B相绝缘子串二142、C相绝缘子串二143的两端，并通过数据采集器3连接到上位机1上。
无线接收模块2将无线电流传感器71采集的电流传输至上位机1；上位机1通过控制信号控制器5改变雷电流发生器6的输出电压。
基于上述平台，本实施例的输电线路雷击同跳耐受性能测试，包括以下步骤：
S1：模拟雷击输电线路杆塔塔顶，并进行雷击同跳耐受电流阈值测试：
1.1)、打开雷电流发生器6，输出幅值为I的雷电流至第一基杆塔21的塔顶，无线电流传感器71记录注入第一基杆塔21塔顶的雷电流，并无线传输至无线接收模块2，进而传输至上位机1；同时高压差分探头一41、高压差分探头二42、高压差分探头三43、高压差分探头四44、高压差分探头五45、高压差分探头六46分别测量A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133、A相绝缘子串二141、B相绝缘子串二142、C相绝缘子串二143两端的过电压，并通过数据采集器3传输至上位机1上，上位机1控制信号控制器5关闭雷电流发生器6，并判断A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133、A相绝缘子串二141、B相绝缘子串二142、C相绝缘子串二143是否发生闪络。
1.2)若有绝缘子串发生闪络，则通过信号控制器5使雷电流发生器6输出的雷电流幅值减小ΔI，再次打开雷电流发生器6，重复上述步骤1.1)，直到绝缘子串均不发生闪络，转至下述步骤1.3)的方法，确定雷击同跳耐受电流阈值。
1.3)、若发现绝缘子串均未闪络，则通过信号控制器5使雷电流发生器6输出的雷电流幅值增加ΔI，再次打开雷电流发生器6，重复上述1.1)，直到发现A相绝缘子串一131、B相绝缘子串一132、C相绝缘子串一133中至少有1个绝缘子串发生闪络，同时A相绝缘子串二141、B相绝缘子串二142、C相绝缘子串二143中至少有1个绝缘子串发生闪络，则将这一次测得的雷电流幅值Ic作为雷击同跳耐受电流阈值。
S2：更改耦合地线9的根数，重复步骤S1，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值。S2中耦合地线9的根数的变化范围具体为1至9。
S3：计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论值：
式中，It为同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，l为接地装置导体的总长度，h为接地装置埋深，d为接地装置导体的直径，e为自然常数，α为雷电流分流系数，ρ为土壤电阻率，U50％为绝缘子串的闪络电压，K为经电晕校正后的耦合系数，Lgt为杆塔的等效电感，hd为输电导线的平均高度；μ为误差系数，η为积分变量，N为耦合地线9的根数。
S4：进行同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算公式的优化，得出使同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值和实验实测值误差最小的μ值，具体步骤为：
4.1)随机生成初始解μ，建立适应度函数f(μ)：
式(6)中，f(μ)表示适应度函数，Iti为i根耦合地线下同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，Ici为i根耦合地线下同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的测量值，m为实测的雷击同跳耐受电流阈值的数据组数；
4.2)通过自然启发式搜索方式得到新解μ'，若f(μ)≤f(μ')，μ作为新解；反之μ'作为新解；
4.3)判断是否满足终止条件，若满足，则运算结束输出最优解μ0，否则回到步骤4.2)；
4.4)将优化得出的最优μ0带入公式(1)，得到优化后的理论计算公式：
式(7)中，Ith为优化后的同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，μ0为优化得出的最优误差系数；
S5：计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子σ：
若σ∈(5，+∞)，则同塔双回输电线路雷击同跳耐受性能为差，需要进行线路优化改造；若σ∈[0，5]，则同塔双回输电线路雷击同跳耐受性能为优。
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于仅用于示例性说明，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 (8)

1.一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1：模拟雷击输电线路杆塔塔顶，并进行雷击同跳耐受电流阈值测试；
S2：更改耦合地线的根数，重复步骤S1，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值；
S3：计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论值；
S3的具体步骤如下：
式中，It为同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，l为接地装置导体的总长度，h为接地装置埋深，d为接地装置导体的直径，e为自然常数，α为雷电流分流系数，ρ为土壤电阻率，U50％为绝缘子串的闪络电压，K为经电晕校正后的耦合系数，Lgt为杆塔的等效电感，hd为输电导线的平均高度；μ为误差系数，η为积分变量，N为耦合地线的根数；
S4：进行同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算公式的优化，得出使同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值和实验实测值误差最小的μ值；
S5：计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子σ，综合评估因子σ判断输电线路雷击同跳耐受性能。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：S1的具体步骤如下：
1.1)打开雷电流发生器，输出幅值为I的雷电流至第一基杆塔(21)的塔顶，无线电流传感器(71)记录注入第一基杆塔(21)塔顶的雷电流，并无线传输至无线接收模块(2)，进而传输至上位机(1)；同时若干高压差分探头分别测量各绝缘子串两端的过电压，并通过数据采集器(3)传输至上位机(1)上，上位机(1)控制信号控制器(5)关闭雷电流发生器(6)，并判断各绝缘子串是否发生闪络；
1.2)若有绝缘子串发生闪络，则通过信号控制器(5)使雷电流发生器(6)输出的雷电流幅值减小ΔI，再次打开雷电流发生器(6)，重复上述1.1)，直到绝缘子串均不发生闪络，转至下述1.3)的方法，确定雷击同跳耐受电流阈值；
1.3)、若发现绝缘子串均未闪络，则通过信号控制器(5)使雷电流发生器(6)输出的雷电流幅值增加ΔI，再次打开雷电流发生器(6)，重复上述1.1)，直到发现杆塔一侧绝缘子串中至少有1个绝缘子串发生闪络，同时，杆塔另一侧绝缘子串中至少有1个绝缘子串发生闪络，则将这一次测得的雷电流幅值Ic作为雷击同跳耐受电流阈值。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：S2的具体步骤如下：
更改耦合地线(9)的根数，重复步骤S1，得到m组实测的雷击同跳耐受电流阈值；所述耦合地线(9)的根数的变化范围具体为1至9。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：S4的具体步骤如下：
4.1)随机生成初始解μ，建立适应度函数f(μ)：
式(6)中，f(μ)表示适应度函数，Iti为i根耦合地线下同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，Ici为i根耦合地线下同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的测量值，m为实测的雷击同跳耐受电流阈值的数据组数；
4.2)通过自然启发式搜索方式得到新解μ'，若f(μ)≤f(μ')，μ作为新解；反之μ'作为新解；
4.3)判断是否满足终止条件，若满足，则运算结束输出最优解μ0，否则回到步骤4.2)；
4.4)将优化得出的最优μ0带入公式(1)，得到优化后的理论计算公式：
式中，Ith为优化后的同塔双回输电线路雷击同跳耐受电流阈值的理论计算值，μ0为优化得出的最优误差系数。
5.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：S5的具体步骤如下：
计算同塔双回输电线路雷击同跳耐受特性综合评估因子σ：
若σ∈(5，+∞)，则同塔双回输电线路雷击同跳耐受性能为差，需要进行线路优化改造；若σ∈[0，5]，则同塔双回输电线路雷击同跳耐受性能为优。
6.一种110kV输电线路雷击同跳耐受性能测试系统，其特征在于：适用于权利要求1-5任一项所述的方法，包括雷电流发生器(6)、数据测量分析控制模块(17)、无线电流传感器(71)、同轴电缆(7)、第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)、A相线路一(101)、B相线路一(102)、C相线路一(103)、A相线路二(111)、B相线路二(112)、C相线路二(113)、避雷线(8)、耦合地线(9)；
所述雷电流发生器(6)的输出端通过同轴电缆(7)连接至第一基杆塔(21)的塔顶，无线电流传感器(71)套接在同轴电缆(7)上；
所述避雷线(8)分别将第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)串接起来；
所述耦合地线(9)分别将第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)串接起来，且耦合地线(9)的离地高度同时低于C相线路二(113)和C相线路一(103)的离地高度。
7.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于：测试平台中第一基杆塔(21)包括杆塔主体一(15)、A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)、A相绝缘子串二(141)、B相绝缘子串二(142)、C相绝缘子串二(143)、接地引下线(161)、接地装置(162)；A相绝缘子串一(131)两端分别连接杆塔主体一(15)与A相线路一(101)，B相绝缘子串一(132)两端分别连接杆塔主体一(15)与B相线路一(102)，C相绝缘子串一(133)两端分别连接杆塔主体一(15)与C相线路一(103)；A相绝缘子串二(141)两端分别连接杆塔主体一(15)与A相线路二(111)，B相绝缘子串二(142)两端分别连接杆塔主体一(15)与B相线路二(112)，C相绝缘子串二(143)两端分别连接杆塔主体一(15)与C相线路二(113)；杆塔主体一(15)底部通过接地引下线(161)连接到接地装置(162)上。
8.根据权利要求6所述的测试系统，其特征在于：所述数据测量分析控制模块(17)包括高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)、高压差分探头四(44)、高压差分探头五(45)、高压差分探头六(46)、数据采集器(3)、无线接收模块(2)、上位机(1)、信号控制器(5)；其中高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)、高压差分探头四(44)、高压差分探头五(45)、高压差分探头六(46)分别接在A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)、A相绝缘子串二(141)、B相绝缘子串二(142)、C相绝缘子串二(143)的两端，并通过数据采集器(3)连接到上位机(1)上；无线接收模块(2)将无线电流传感器(71)采集的电流传输至上位机(1)；上位机(1)通过控制信号控制器(5)改变雷电流发生器(6)的输出电压。
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