CN117458385A - 利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置，包括：获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；根据地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；根据绕击跳闸率和绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；在易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线。本发明利用细线的超电晕效应，抑制输电导线上行先导的起始和发展，能够使雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率降低，提高输电线路的侧击雷防护性能。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路雷电防护技术领域，具体涉及利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置。
背景技术
深切峡谷地带海拔急剧抬升地面倾角过大(超过60°)易出现较长档距的易击段，同时由于雷云对地高度低，雷云电场分布特征显著有别于平原地区，近地面电场分布规律复杂，雷电下行先导入射角接近90度，极易出现侧击雷。虽在设计阶段充分考虑了防雷问题，采用了负保护角，但实际运行中线路雷击跳闸率仍远高于运行控制标准，相对于普通地形下的线路其雷害危险更为突出。
雷电放电产生雷电下行先导后，它的发展引起导线和地线上的感应电压(或电场)的变化，当感应值增大至一定程度时会产生上行先导，导线和地线各自产生的上行先导相互竞争发展，与下行先导相互吸引并最终相遇发生雷击，若导线上行先导与雷电下行先导相遇，将发生雷电绕击从而危害输电线路的安全运行。
因此，现有深切峡谷地带输电线路易受侧击雷绕击，危害输电线路的安全运行。
发明内容
本发明的目的是提高深切峡谷地带输电线路的雷电侧击雷防护性能，提出了利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置，通过在深切峡谷地带易受侧击雷绕击段的输电导线周围架设具有超电晕效应的耦合地线，利用细线的超电晕效应，抑制输电导线上行先导的起始和发展，能够使雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率降低，提高输电线路的侧击雷防护性能。
本发明通过下述技术方案实现：
第一方面，本发明提供了利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，该方法应用于深切峡谷输电走廊，该方法包括：
获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；
根据地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；
根据绕击跳闸率和绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；
在易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线，通过耦合地线降低雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率，提高深切峡谷地带输电线路的雷电绕击耐雷性能。
进一步地，所述地形信息包括地面倾角等，所述杆塔信息包括杆塔位置、杆塔高度等，所述绕击故障历史位置信息包括输电线路绕击的位置。
进一步地，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，包括：
根据所述地形信息和杆塔信息，采用电磁暂态程序计算得到输电线路的绕击耐雷水平；
假设雷电下行先导从接近水平的方向入射，采用考虑地面倾角的电气几何模型计算得到深切峡谷地带输电线路的绕击跳闸率分布特性。
进一步地，具有超电晕效应的耦合地线为细线缠绕的耦合地线。
进一步地，细线的缠绕位置为耦合地线靠近杆塔处和档距中央区域，每处缠绕长度1m～10m。
进一步地，耦合地线采用镀锌钢绞线；
细线为碳纤维细线，由碳纤维单丝集束而成；细线直径为30～100μm。
进一步地，细线单层缠绕在耦合地线表面，缠绕螺距为2～10mm。
第二方面，本发明提供了利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置，该装置使用上述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法；该装置包括：
获取单元，用于获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；
侧击雷绕击分析单元，用于根据地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；
易受侧击雷绕击区段确定单元，用于根据绕击跳闸率和绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；
侧击雷防护单元，用于在易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线，通过耦合地线降低雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率，提高深切峡谷地带输电线路的雷电绕击耐雷性能。
进一步地，具有超电晕效应的耦合地线为细线缠绕的耦合地线。
进一步地，细线的缠绕位置为耦合地线靠近杆塔处和档距中央区域，每处缠绕长度1m～10m；
细线单层缠绕在耦合地线表面，缠绕螺距为2～10mm。
进一步地，耦合地线采用镀锌钢绞线；
细线为碳纤维细线，由碳纤维单丝集束而成；细线直径为30～100μm。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
本发明利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置，发明通过在深切峡谷地带易受侧击雷绕击段的输电导线架设具有超电晕效应的耦合地线，利用细线的超电晕效应，抑制输电导线上行先导的起始和发展，能够使雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率降低，提高输电线路的侧击雷防护性能。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法流程图；
图2为本发明电气几何模型示意图；
图3为本发明耦合地线、细线的安装示意图；
图4为本发明利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置结构框图；
图5为本发明细线缠绕方式示意图。
附图标记及对应的零部件名称：
1-耦合地线，2-细线。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
深切峡谷地带海拔急剧抬升地面倾角过大(超过60°)易出现较长档距的易击段，同时由于雷云对地高度低，雷云电场分布特征显著有别于平原地区，近地面电场分布规律复杂，雷电下行先导入射角接近90度，极易出现侧击雷。雷电放电产生雷电下行先导后，它的发展引起导线和地线上的感应电压(或电场)的变化，当感应值增大至一定程度时会产生上行先导，导线和地线各自产生的上行先导相互竞争发展，与下行先导相互吸引并最终相遇发生雷击，若导线上行先导与雷电下行先导相遇，将发生雷电绕击从而危害输电线路的安全运行。
本发明研究细线超电晕能够很好地抑制流注的产生，从而延缓流注向先导的转化过程，其产生的空间电荷还将改变周围空间的电位分布，将其引入输电线路防雷中，作为一种能够抑制甚至消除导线上行先导的措施和方法，能够使雷电下行先导与导线上行先导相遇的概率降低，提高输电线路的雷电绕击耐雷性能。
因此，为了提高深切峡谷地带输电线路的雷电侧击雷防护性能，本发明通过在深切峡谷地带易受侧击雷绕击段的输电导线周围架设具有超电晕效应的耦合地线，利用细线的超电晕效应，抑制输电导线上行先导的起始和发展，能够使雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率降低，提高输电线路的侧击雷防护性能。
实施例1
如图1所示，本发明利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，本发明该方法应用于深切峡谷输电走廊，输电线路上设置有杆塔，杆塔之间连接有输电导线。
该方法包括：
S1：获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；
在实施例中，主要从地图、雷电定位系统、电网统计资料等获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息，其中，地形信息包括地面倾角等，杆塔信息包括杆塔位置、杆塔高度等，绕击故障历史位置信息包括架空输电线路绕击的位置。此处需要说明的是，虽然本发明是针对侧击雷情况，但由于目前技术尚不能统计每次绕击时的雷电入射角，在调查雷电绕击故障历史位置信息时，并不区分不同雷电入射角的情况。
S2：根据地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；
在本实施例中，步骤S2包括：
根据所述地形信息和杆塔信息，采用电磁暂态程序计算得到输电线路的绕击耐雷水平；
假设雷电下行先导从接近水平的方向入射，采用考虑地面倾角的电气几何模型计算得到深切峡谷地带输电线路的绕击跳闸率分布特性。
其中，电气几何模型见图2。
如图2所示，S为避雷线，C为输电导线，θc为地面倾角，ψ为雷电入射角，α为保护角，为屏蔽弧，/>为暴露弧，hs为避雷线距地面高度，hc为输电导线距地面高度。
输电导线、避雷线击距分别为：
rc＝1.63(5.015I0.578-0.001Uph)1.125
rs＝10I0.65
式中，I为雷电流幅值，kA；Uph为输电导线上工作电压瞬时值，kV。
大地击距与hc、I和θc有关，其计算公式为：
暴露距离为暴露弧在垂直雷电入射方向上的投影，其计算公式为：
x＝rc cos(θ1-θc+ψ)-rc cos(θ2-θc+ψ)
可得到输电线路的绕击跳闸率为：
式中，Ng为地闪密度，次/(km2·a)；η为建弧率；f(I)为雷电流幅值概率密度；Ic为起始绕击雷电流，kA；Imax为最大绕击雷电流，kA。
S3：根据绕击跳闸率和绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；
在本实施例中，结合计算得到的输电线路绕击跳闸率分布特性和绕击故障历史位置信息，综合考虑确定深切峡谷地带输电走廊易受侧击雷绕击区段。
S4：在易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线，通过耦合地线降低雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率，提高深切峡谷地带输电线路的雷电绕击耐雷性能。
在本实施例中，由于雷云电场作用下超电晕先于普通电晕起始，而超电晕的极性与雷云电荷的极性相反，超电晕将在导线上产生反极性作用降低导线表面电场，使导线不易达到上行先导起始的条件，从而抑制了导线上行先导的起始和发展。在选定的易受侧击雷绕击区段架设具有超电晕效应的耦合地线，可以降低导线上行先导与雷电下行先导相遇的概率，提高输电线路的侧击雷防护性能。
图3为在双回路杆塔上架设一根具有超电晕效应的耦合地线的示意图。细线的缠绕位置为耦合地线两端靠近杆塔处和档距中央区域，每处缠绕长度1-10m。细线单层缠绕在耦合地线表面，缠绕螺距为2～10mm。
其中，档距指的是相邻两基杆塔间的水平距离。
具体地，耦合地线采用镀锌钢绞线；
细线为碳纤维细线，由碳纤维单丝集束而成；细线直径为30～100μm。
本发明通过在深切峡谷地带易受侧击雷绕击段的导线周围架设具有超电晕效应的耦合地线，利用细线的超电晕效应，抑制导线上行先导的起始和发展，能够使雷电下行先导与导线上行先导相遇的概率降低，提高输电线路的侧击雷防护性能。
实施例2
如图4所示，本实施例与实施例1的区别在于，本实施例提供了利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置，该装置使用实施例1的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法；该装置包括：
获取单元，用于获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；
侧击雷绕击分析单元，用于根据地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；
易受侧击雷绕击区段确定单元，用于根据绕击跳闸率和绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；
侧击雷防护单元，用于在易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线1，通过耦合地线1降低雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率，提高深切峡谷地带输电线路的雷电绕击耐雷性能。
本实施例中，具有超电晕效应的耦合地线1为细线2缠绕的耦合地线。细线2的缠绕位置为耦合地线1靠近杆塔处和档距中央区域，每处缠绕长度1m～10m；细线2单层缠绕在耦合地线1表面，缠绕螺距为2～10mm。
本实施例中，耦合地线1采用镀锌钢绞线；细线2为碳纤维细线，由碳纤维单丝集束而成；细线2直径为30～100μm。
具体地，碳纤维单丝的直径通常在5～10μm之间，具有较好的力学特性和导电特性，有着轻量化、耐腐蚀、抗疲劳等优点。细线2采用碳纤维单丝集束而成的碳纤维细线，直径为30～100μm，单层缠绕在耦合地线1表面，缠绕螺距为2～10mm，如图5所示。
本发明选择深切峡谷地带输电线路走廊易受侧击雷绕击区段，在选定区段杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线，雷云电场作用下超电晕先于普通电晕起始，超电晕极性与雷云电荷极性相反，在导线上产生反极性作用降低导线表面电场，不易达到导线上行先导起始条件，抑制了上行先导的起始和发展，从而降低雷电下行先导与导线上行先导相遇的概率，提高输电线路的雷电绕击耐雷性能。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，其特征在于，该方法应用于深切峡谷输电走廊，该方法包括：
获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；
根据所述地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与所述杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；
根据所述绕击跳闸率和所述绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；
在所述易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线，通过所述耦合地线降低雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率，提高深切峡谷地带输电线路的雷电绕击耐雷性能。
2.根据权利要求1所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，其特征在于，所述地形信息包括地面倾角，所述杆塔信息包括杆塔位置、杆塔高度，所述绕击故障历史位置信息包括输电线路绕击的位置。
3.根据权利要求1所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，其特征在于，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，包括：
根据所述地形信息和杆塔信息，采用电磁暂态程序计算得到输电线路的绕击耐雷水平；
假设雷电下行先导从接近水平的方向入射，采用考虑地面倾角的电气几何模型计算得到深切峡谷地带输电线路的绕击跳闸率分布特性。
4.根据权利要求1所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，其特征在于，所述具有超电晕效应的耦合地线为细线缠绕的耦合地线。
5.根据权利要求4所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，其特征在于，所述细线的缠绕位置为耦合地线靠近杆塔处和档距中央区域，每处缠绕长度1m～10m；
所述细线单层缠绕在所述耦合地线表面，缠绕螺距为2～10mm。
6.根据权利要求4所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法，其特征在于，所述耦合地线采用镀锌钢绞线；
所述细线为碳纤维细线，由碳纤维单丝集束而成；所述细线直径为30～100μm。
7.利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置，其特征在于，该装置包括：
获取单元，用于获取深切峡谷地带输电线路走廊的地形信息、杆塔信息和绕击故障历史位置信息；
侧击雷绕击分析单元，用于根据所述地形信息和杆塔信息，采用电气几何模型对深切峡谷地带输电线路走廊的杆塔进行侧击雷绕击分析，得到与所述杆塔连接的输电导线的绕击跳闸率；
易受侧击雷绕击区段确定单元，用于根据所述绕击跳闸率和所述绕击故障历史位置信息，确定深切峡谷地带输电线路走廊的易受侧击雷绕击区段；
侧击雷防护单元，用于在所述易受侧击雷绕击区段的杆塔之间架设具有超电晕效应的耦合地线，通过所述耦合地线降低雷电下行先导与输电导线上行先导相遇的概率，提高深切峡谷地带输电线路的雷电绕击耐雷性能。
8.根据权利要求7所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置，其特征在于，所述具有超电晕效应的耦合地线为细线缠绕的耦合地线。
9.根据权利要求8所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置，其特征在于，所述细线的缠绕位置为耦合地线靠近杆塔处和档距中央区域，每处缠绕长度1m～10m；
所述细线单层缠绕在所述耦合地线表面，缠绕螺距为2～10mm。
10.根据权利要求8所述的利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护装置，其特征在于，所述耦合地线采用镀锌钢绞线；
所述细线为碳纤维细线，由碳纤维单丝集束而成；所述细线直径为30～100μm。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311483003.0A CN117458385A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311483003.0A CN117458385A (zh) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 利用细线超电晕的深切峡谷地带侧击雷防护方法及装置 |
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| CN117458385A true CN117458385A (zh) | 2024-01-26 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112540236A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-23 | 国网四川省电力公司经济技术研究院 | 一种架空输电线路走廊电场超标低电位屏蔽方法及装置 |
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2023
- 2023-11-07 CN CN202311483003.0A patent/CN117458385A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN112540236A (zh) * | 2020-11-20 | 2021-03-23 | 国网四川省电力公司经济技术研究院 | 一种架空输电线路走廊电场超标低电位屏蔽方法及装置 |
| CN112540236B (zh) * | 2020-11-20 | 2024-04-02 | 国网四川省电力公司经济技术研究院 | 一种架空输电线路走廊电场超标低电位屏蔽方法及装置 |
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