CN114137288A - 一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法 - Google Patents

一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法，其特征在于搭建一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估试验平台，其评估步骤为：将待评估的氧化锌避雷器置于试验箱中，利用冲击电流控制台设定冲击电流峰值操控冲击电流发生装置，捕捉对应的残压、冲击持续时间等参数发送至主机，计算相应的氧化锌避雷器能量吸收实际值、能量吸收标准值等数据，进一步计算氧化锌避雷器性能评估因子，根据该因子判断氧化锌避雷器的性能处于何种状态，是否能正常服役。本发明致力于实现对冲击电流作用下氧化锌避雷器的性能变化进行评估，且主要实现方法就是考虑氧化锌避雷器的性能评估因子，可以为电力系统的安全稳定运行提供一定参考。

Description

一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法
技术领域
本发明属于避雷器防护技术领域，特别是一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法。
背景技术
我国电网的规模不断在扩大，电力为国家带来了便利，人们也越来越无法离开电，保证输配电线路稳定运行，电气设备不受侵害十分必要。对输配电线路来说，大多数故障都是由雷击引起的，雷击是现代电力系统运行的最大干扰之一。在电力系统中，避雷器是保障电气设备正常服役的重要保护设备，其中又以金属氧化物避雷器，如氧化锌避雷器，最为有效且常用。由于电力系统一旦出现故障便会造成不小的经济损失甚至人员伤亡，对于避雷器的性能要有及时准确的评估，避免出现避雷器无法有效防雷的情况，尽量减小可能的损失。
目前而言缺少考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法的研究。本发明借助避雷器性能评估平台，考虑氧化锌避雷器的能量吸收参数，计算氧化锌避雷器的性能评估因子，为避雷器的性能评估提供一定参考。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估平台及方法。
实现本发明目的的技术方案如下：
一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估平台，该平台包括：冲击试验箱、氧化锌避雷器试品、冲击电流发生装置、冲击电流控制台、同轴电缆、开关、冲击电流检测仪、冲击电流传感器、冲击数据发送单元、主机、冲击高压传感器、电压数据处理单元；
所述冲击电流发生装置的输入端与冲击电流控制台相连，冲击电流发生装置的输出端经同轴电缆与开关相连，开关的另一端与冲击电流检测仪的输入端相连，冲击电流检测仪的输出端与冲击电流传感器的输入端相连接，冲击电流传感器的输出端与冲击数据发送单元相连，冲击数据发送单元与主机连接；
所述氧化锌避雷器试品放置于冲击试验箱中，氧化锌避雷器试品的两端分别与冲击数据发送单元和冲击电流控制台串联；
所述冲击高压传感器的两端与氧化锌避雷器试品的两端相并联，冲击高压传感器与电压数据处理单元的输入端相连，电压数据处理单元的输出端与主机相连接；
上述试验平台的试验方法，包括以下步骤：
S1：经由冲击电流发生装置对氧化锌避雷器试品进行冲击试验，具体步骤为：在冲击电流控制台上设置冲击电流发生装置产生的冲击电流峰值IM，并启动冲击电流发生装置，同时合上开关，冲击电流发生装置经同轴电缆向电路输出冲击电流，冲击电流检测仪将检测到的冲击电流波形信号传至冲击电流传感器，冲击电流传感器将电信号发送至冲击数据发送单元，冲击数据发送单元将相关数据通过专用通信线路传输至主机，主机读出对应的冲击持续时间T，冲击高压传感器将电压波形经电压数据处理单元通过专用通信线路传输至主机，主机读出对应的残压Ur，同时利用收到的数据计算出氧化锌避雷器的能量吸收实际值ER，改变冲击电流，得到不同冲击电流峰值下的能量吸收实际值ERi；
S2：结合试验设定及读出的冲击电流峰值IM，避雷器残压Ur以及冲击持续时间T，计算冲击电流作用下氧化锌避雷器的能量吸收标准值EB：
Figure BDA0003353766430000021
式(1)中，EB是氧化锌避雷器的能量吸收标准值，Ur是避雷器残压，T为冲击持续时间，IM为冲击电流峰值，x为误差系数，y为积分变量。
S3：采取粒子群优化算法对能量吸收标准值公式进行建模，计算出使误差最小的x0值，具体步骤如下：
1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；
2)按照式(2)计算群体最优位置：
Figure BDA0003353766430000022
式中，f(x)表示目标函数，n为实际测试数据组数，EBi为第i种冲击电流值对应计算所得的能量吸收标准值，ERi为第i种冲击电流值对应测量所得的能量吸收实际值；
3)更新每个粒子的位置和速度；
4)计算每个粒子位置的目标函数值，同时更新整个群体的最优位置与每个粒子的个体历史最优位置；
5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第3)步；
6)根据优化得出最优值x0代入以下公式(3)，得到优化后的计算能量吸收标准值理论公式：
Figure BDA0003353766430000023
S4:考虑优化后的计算能量吸收标准值EB，计算考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估因子α：
Figure BDA0003353766430000031
S5：基于上述步骤得到的考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估因子α进行评估，当α∈(0，1]时，认为氧化锌避雷器性能合格，可以正常服役；当α∈(1，+∞)时，表明氧化锌避雷器性能已大幅降低，为保证线路安全，应尽快换新。
本发明的有益效果在于：
1)能够快速合理计算氧化锌避雷器性能评估参考值；
2)能够通过性能评估参考值准确判断氧化锌避雷器的性能处于何种状态；
3)本发明通过试验箱和主机控制来实现，操作简单快捷，有益于普及。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
具体实施方式
以下将结合附图进一步对本发明的具体实施方式进行说明，包含以下步骤：
如图1所示，搭建一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估平台，平台包括：冲击试验箱(1)、氧化锌避雷器试品(2)、冲击电流发生装置(3)、冲击电流控制台(4)、同轴电缆(5)、开关(6)、冲击电流检测仪(7)、冲击电流传感器(8)、冲击数据发送单元(9)、主机(10)、冲击高压传感器(11)、电压数据处理单元(12)；
所述冲击电流发生装置(3)的输入端与冲击电流控制台(4)相连，冲击电流发生装置(3)的输出端经同轴电缆(5)与开关(6)相连，开关(6)的另一端与冲击电流检测仪(7)的输入端相连，冲击电流检测仪(7)的输出端与冲击电流传感器(8)的输入端相连接，冲击电流传感器(8)的输出端与冲击数据发送单元(9)相连，冲击数据发送单元(9)与主机(10)连接；
所述氧化锌避雷器试品(2)放置于冲击试验箱(1)中，氧化锌避雷器试品(2)的两端分别与冲击数据发送单元(9)和冲击电流控制台(4)串联；
所述冲击高压传感器(11)的两端与氧化锌避雷器试品(2)的两端相并联，冲击高压传感器(11)与电压数据处理单元(12)的输入端相连，电压数据处理单元(12)的输出端与主机相连接；
上述试验平台的试验方法，包括以下步骤：
S1：经由冲击电流发生装置(3)对氧化锌避雷器试品(2)进行冲击试验，具体步骤为：在冲击电流控制台(4)上设置冲击电流发生装置(3)产生的冲击电流峰值IM，并启动冲击电流发生装置(3)，同时合上开关(6)，冲击电流发生装置(3)经同轴电缆(5)向电路输出冲击电流，冲击电流检测仪(7)将检测到的冲击电流波形信号传至冲击电流传感器(8)，冲击电流传感器(8)将电信号发送至冲击数据发送单元(9)，冲击数据发送单元(9)将相关数据通过专用通信线路传输至主机(10)，主机(10)读出对应的冲击持续时间T，冲击高压传感器(11)将电压波形经电压数据处理单元(12)通过专用通信线路传输至主机(10)，主机(10)读出对应的残压Ur，同时利用收到的数据计算出氧化锌避雷器的能量吸收实际值ER，改变冲击电流，得到不同冲击电流峰值下的能量吸收实际值ERi；
S2：结合试验设定及读出的冲击电流峰值IM，避雷器残压Ur以及冲击持续时间T，计算冲击电流作用下氧化锌避雷器的能量吸收标准值EB：
Figure BDA0003353766430000041
式(1)中，EB是氧化锌避雷器的能量吸收标准值，Ur是避雷器残压，T为冲击持续时间，IM为冲击电流峰值，x为误差系数，y为积分变量。
S3：采取粒子群优化算法对能量吸收标准值公式进行建模，计算出使误差最小的x0值，具体步骤如下：
1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；
2)按照式(2)计算群体最优位置：
Figure BDA0003353766430000042
式中，f(x)表示目标函数，n为实际测试数据组数，EBi为第i种冲击电流值对应计算所得的能量吸收标准值，ERi为第i种冲击电流值对应测量所得的能量吸收实际值；
3)更新每个粒子的位置和速度；
4)计算每个粒子位置的目标函数值，同时更新整个群体的最优位置与每个粒子的个体历史最优位置；
5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第3)步；
6)根据优化得出最优值x0代入以下公式(3)，得到优化后的计算能量吸收标准值理论公式：
Figure BDA0003353766430000043
S4:考虑优化后的计算能量吸收标准值EB，计算考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估因子α：
Figure BDA0003353766430000051
S5：基于上述步骤得到的考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估因子α进行评估，当α∈(0，1]时，认为氧化锌避雷器性能合格，可以正常服役；当α∈(1，+∞)时，表明氧化锌避雷器性能已大幅降低，为保证线路安全，应尽快换新。

Claims (1)

1.一种考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估方法，其特征在于，首先搭建了考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估试验平台，平台包括：冲击试验箱(1)、氧化锌避雷器试品(2)、冲击电流发生装置(3)、冲击电流控制台(4)、同轴电缆(5)、开关(6)、冲击电流检测仪(7)、冲击电流传感器(8)、冲击数据发送单元(9)、主机(10)、冲击高压传感器(11)、电压数据处理单元(12)；
所述冲击电流发生装置(3)的输入端与冲击电流控制台(4)相连，冲击电流发生装置(3)的输出端经同轴电缆(5)与开关(6)相连，开关(6)的另一端与冲击电流检测仪(7)的输入端相连，冲击电流检测仪(7)的输出端与冲击电流传感器(8)的输入端相连接，冲击电流传感器(8)的输出端与冲击数据发送单元(9)相连，冲击数据发送单元(9)与主机(10)连接；
所述氧化锌避雷器试品(2)放置于冲击试验箱(1)中，氧化锌避雷器试品(2)的两端分别与冲击数据发送单元(9)和冲击电流控制台(4)串联；
所述冲击高压传感器(11)的两端与氧化锌避雷器试品(2)的两端相并联，冲击高压传感器(11)与电压数据处理单元(12)的输入端相连，电压数据处理单元(12)的输出端与主机相连接；
上述试验平台的试验方法，包括以下步骤：
S1：经由冲击电流发生装置(3)对氧化锌避雷器试品(2)进行冲击试验，具体步骤为：在冲击电流控制台(4)上设置冲击电流发生装置(3)产生的冲击电流峰值IM，并启动冲击电流发生装置(3)，同时合上开关(6)，冲击电流发生装置(3)经同轴电缆(5)向电路输出冲击电流，冲击电流检测仪(7)将检测到的冲击电流波形信号传至冲击电流传感器(8)，冲击电流传感器(8)将电信号发送至冲击数据发送单元(9)，冲击数据发送单元(9)将相关数据通过专用通信线路传输至主机(10)，主机(10)读出对应的冲击持续时间T，冲击高压传感器(11)将电压波形经电压数据处理单元(12)通过专用通信线路传输至主机(10)，主机(10)读出对应的残压Ur，同时利用收到的数据计算出氧化锌避雷器的能量吸收实际值ER，改变冲击电流，得到不同冲击电流峰值下的能量吸收实际值ERi；
S2：结合试验设定及读出的冲击电流峰值IM，避雷器残压Ur以及冲击持续时间T，计算冲击电流作用下氧化锌避雷器的能量吸收标准值EB：
Figure FDA0003353766420000011
式(1)中，EB是氧化锌避雷器的能量吸收标准值，Ur是避雷器残压，T为冲击持续时间，IM为冲击电流峰值，x为误差系数，y为积分变量。
S3：采取粒子群优化算法对能量吸收标准值公式进行建模，计算出使误差最小的x0值，具体步骤如下：
1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；
2)按照式(2)计算群体最优位置：
Figure FDA0003353766420000021
式中，f(x)表示目标函数，n为实际测试数据组数，EBi为第i种冲击电流值对应计算所得的能量吸收标准值，ERi为第i种冲击电流值对应测量所得的能量吸收实际值；
3)更新每个粒子的位置和速度；
4)计算每个粒子位置的目标函数值，同时更新整个群体的最优位置与每个粒子的个体历史最优位置；
5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第3)步；
6)根据优化得出最优值x0代入以下公式(3)，得到优化后的计算能量吸收标准值理论公式：
Figure FDA0003353766420000022
S4:考虑优化后的计算能量吸收标准值EB，计算考虑能量提取的单重雷击下避雷器性能评估因子α：
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