以火花系数修正杆塔接地装置的低幅值冲击电阻测量方法制造方法及图纸

一种以火花系数修正杆塔接地装置的低幅值冲击电阻测量方法，利用便携式冲击电流发生器作为信号输出源，以三级法测量方式布置接地装置，使用不间断电源供电，从接地极注入冲击电流，计算接地装置所在土壤的火花系数α，根据所计算得到的火花系数α，对卷积计算得到的初始冲击接地电阻Rc进行修正。本发明专利技术采用卷积计算及火花系数修正法得到标准雷电流下的冲击接地电阻，能够有效考虑接地装置的电感效应与土壤的火花放电，修正后的冲击接地电阻更加接近输电线路遭受雷击的实际情况。该方法解决了现有技术只能采用工频接地电阻来近似估算，不能进行现场测量的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及输电线路雷电防护领域，具体说是一种低幅值冲击电阻测量方法。
技术介绍
输电线路杆塔接地装置冲击接地电阻是输电线路耐雷水平的主要影响因素，准确测量杆塔接地装置冲击接地电阻可以为输电线路防雷设计提供可靠的依据，提高输电线路的安全运行水平。杆塔接地装置冲击接地电阻是指杆塔接地装置在雷电流作用下，接地装置承受的电压峰值与接地装置中流过的雷电流峰值的比值：Rch=UmIm]]>式中：Um为接地装置上雷电压峰值，Im为接地装置中流过的雷电流峰值。由于接地装置的电感效应与土壤火花放电，在实验室中对接地装置的冲击电阻进行测量需要采用大容量的冲击电流发生器，由于实验室大容量的冲击电流发生器体积庞大，受到现场地形的限制，使得工程实际应用中没有有效的方法现场测量接地装置的冲击电阻。在进行输电线路雷电防护的设计时，一般采用工频接地电阻结合冲击系数进行估算。但是冲击系数为理论推测，不同的土壤环境中与不同尺寸的接地装置，冲击系数差异很大，因而现有技术的这种采用工频接地电阻进行估算的方法会产生很大的误差，不能满足工程实际需要，目前对于接地装置的低幅值冲击电阻测量还是行业内的空白。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是填补现有技术在接地装置冲击电阻测量上的空白，提供一种以火花系数修正杆塔接地装置的低幅值冲击电阻测量方法，采用低幅值冲击电流发生器结合火花系数修正法，测量输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻。所述以火花系数修正杆塔接地装置的低幅值冲击电阻测量方法，其特征是：利用便携式冲击电流发生器作为信号输出源，所述便携式冲击电流发生器产生的冲击电流要求满足：幅值在5A～50A范围内、波头时间1.0μs～5.0μs的双指数波；按照以下步骤进行测量计算：一）、便携式冲击电流发生器的分流与分压输出端分别连接数字式示波器的两个独立通道，以三级法测量方式布置接地装置，使用不间断电源供电，从接地极注入冲击电流，以多通道数字式示波器的两个独立通道同时记录冲击电流发生器产生的冲击电流I(t)数据与接地极上响应电压U(t)的数据；二）、设定采样间隔Δt，进行采样，标准雷电流的采样序列为istd(n)，其中：n为自然数，时间t满足：t=Δt×n；逐一对每一个标准雷电流的采样序列进行卷积计算，得到卷积计算后的响应电压ustd(n)；按照公式（1）计算在标准雷电流作用下的初始冲击接地电阻值Rc：R=max(ustd(n))max(istd(n))---(1);]]>其中，max(istd(n))表示标准雷电流采样序列中的最大值，max(ustd(n))表示对应所述标准雷电流序列最大值经过卷积计算后的响应电压值；三）、计算接地装置所在土壤的火花系数α；四）、根据所计算得到的火花系数α，对卷积计算得到的初始冲击接地电阻Rc进行修正，计算在标准雷电流作用下的冲击接地电阻R，计算公式为：R=α·Rc   （2）。所述火花系数α采用场路结合的接地装置冲击接地电阻频域数值仿真算法进行计算，计算步骤如下：a)、在冲击接地电阻数值仿真系统中输入接地极的结构、尺寸参数，土壤参数，迭代误差ε，根据导体剖分长度Δl进行剖分，剖分后的导体段数为p，节点个数为q，按照π形等效电路对剖分后的接地装置进行建模；b)、对标准雷电流Istd(t)进行快速傅里叶变换，傅里叶变换采样周期T=300μs，谐波阶次N=20，得到N次谐波分量If，基波频率f1=1/T=3333Hz，即一次谐波频率，第i次谐波频率fi=f1*i；c)、根据接地装置的模型，采用节点电压法建立方程如下：AIb=-IdisIf---(3);ZdisIdsi=Φdis---(4);ZbIb=ATΦdisΦn---(5)]]>其中：方程式（3）为节点KCL方程，其中A为关联矩阵，Ib是剖分导体段的轴向电流，Idis是中点节点对地泄漏电流，If是注入的标准雷电流；方程式（4）为中点对地散流约束方程，由所建模中“场的模型”按照工程电磁场理论建立得到，式中，Zdis为剖分导体段对地散流的自阻抗与互阻抗矩阵，Φdis是剖分导体段的中点电压，Zdis是对地散流矩阵；方程式（5）为剖分导体段的KVL约束方程，由所建模中“路的模型”按照电路理论建立得到，式中，Zb是剖分导体段的自阻抗矩阵、互感矩阵，AT是关联矩阵A的转置矩阵，Φn是节点电压；方程式（4）中的对地散流矩阵Zdis按照公式（6）进行计算：Zdis(i,j)=14πρ+jωϵr·1LiLj·∫Li∫Lj1r′dljdlj---(6);]]>式中：Li和Lj是第i段与j段两段导体的长度，r'是两段导体表面上的点之间的距离，ρ是土壤的电导率，εr是土壤的介电常数，ω=2π*fi，fi是第i次谐波频率；方程式（5）中自阻抗矩阵Zb按照公式（7）进行计算：Zii=zii+jωMiiZij=jωMij---(7);]]>其中：Zii和Zij为矩阵元素、ω=2π*fi，zii为自阻抗、Mii为外自感、Mij为互感，zii按照公式（8）进行计算：zii=jωμc2πrjωμcσcI0(rjωμcσc)I1(rjωμcσc)---(8);]]>其中：ω=2π*fi，μc是导体的磁导率，σc是导体的电导率，r是圆柱导体的半径，I0和I1分别是修正的第一类零阶和一阶贝赛尔函数；Mii按照公式（9）进行计算：Mii=μ0·l2π(ln2lr-1)---(9);]]>其中：l是导体段的长度，μ0是真空中的磁导率；Mij按照公式（10）进行计算：Mij=μ04π∫li∫lj1r′dlj·dli---(10);]]>其中：li和lj是第i段与j段两段导体的长度，r'是两段导体表面上的点之间的距离，μ0是真空中的磁导率；d)、按照公式（11）计算节点电压Φn与中点电压Φdis：ΦdisΦn=[[AZb-1AT]+Zdis-1000]-1·0If---(11);]]>式中各符号的含义同前；按照方程式（本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种以火花系数修正杆塔接地装置的低幅值冲击电阻测量方法，其特征是：利用便携式冲击电流发生器作为信号输出源，所述便携式冲击电流发生器产生的冲击电流要求满足：幅值在5A～50A范围内、波头时间1.0μs～5.0μs的双指数波；按照以下步骤进行测量计算：一）、便携式冲击电流发生器的分流与分压输出端分别连接数字式示波器的两个独立通道，以三级法测量方式布置接地装置，使用不间断电源供电，从接地极注入冲击电流，以多通道数字式示波器的两个独立通道同时记录冲击电流发生器产生的冲击电流I(t)数据与接地极上响应电压U(t)的数据；二）、设定采样间隔Δt，进行采样，标准雷电流的采样序列为istd(n)，其中：n为自然数，时间t满足：t=Δt×n；逐一对每一个标准雷电流的采样序列进行卷积计算，得到卷积计算后的响应电压ustd(n)；按照公式（1）计算在标准雷电流作用下的初始冲击接地电阻值Rc：R=max(ustd(n))max(istd(n))---(1);]]>其中，max(istd(n))表示标准雷电流采样序列中的最大值，max(ustd(n))表示对应所述标准雷电流序列最大值经过卷积计算后的响应电压值；三）、计算接地装置所在土壤的火花系数α，计算步骤如下；采用场路结合的接地装置冲击接地电阻频域数值仿真算法进行计算：a)、在冲击接地电阻数值仿真系统中输入接地极的结构、尺寸参数，土壤参数，迭代误差ε，根据导体剖分长度Δl进行剖分，剖分后的导体段数为p，节点个数为q，按照π形等效电路对剖分后的接地装置进行建模；b)、对标准雷电流Istd(t)进行快速傅里叶变换，傅里叶变换采样周期T=300μs，谐波阶次N=20，得到N次谐波分量If，基波频率f1=1/T=3333Hz，即一次谐波频率，第i次谐波频率fi=f1*i；c)、根据接地装置的模型，采用节点电压法建立方程如下：AIb=-IdisIf---(3);ZdisIdsi=Φdis---(4);ZbIb=ATΦdisΦn---(5)]]>其中：方程式（3）为节点KCL方程，其中A为关联矩阵，Ib是剖分导体段的轴向电流，Idis是中点节点对地泄漏电流，If是注入的标准雷电流；方程式（4）为中点对地散流约束方程，由所建模中“场的模型”按照工程电磁场理论建立得到，式中，Zdis为剖分导体段对地散流的自阻抗与互阻抗矩阵，Φdis是剖分导体段的中点电压，Zdis是对地散流矩阵；方程式（5）为剖分导体段的KVL约束方程，由所建模中“路的模型”按照电路理论建立得到，式中，Zb是剖分导体段的自阻抗矩阵、互感矩阵，AT是关联矩阵A的转置矩阵，Φn是节点电压；方程式（4）中的对地散流矩阵Zdis按照公式（6）进行计算：Zdis(i,j)=14πρ+jωϵr·1LiLj·∫Li∫Lj1r′dljdlj---(6);]]>式中：Li和Lj是第i段与j段两段导体的长度，r'是两段导体表面上的点之间的距离，ρ是土壤的电导率，εr是土壤的介电常数，ω=2π*fi，fi是第i次谐波频率；方程式（5）中自阻抗矩阵Zb按照公式（7）进行计算：Zii=zii+jωMiiZij=jωMij---(7);]]>其中：Zii和Zij为矩阵元素、ω=2π*fi，zii为自阻抗、Mii为外自感、Mij为互感，zii按照公式（8）进行计算：zii=jωμc2πrjωμcσcI0(rjωμcσc)I1(rjωμcσc)---(8);]]>其中：ω=2π*fi，μc是导体的磁导率，σc是导体的电导率，r是圆柱导体的半径，I0和I1分别是修正的第一类零阶和一阶贝赛尔函数；Mii按照公式（9）进行计算：Mii=μ0·l2π(ln2lr-1)---(9);]]>其中：l是导体段的长度，μ0是真空中的磁导率；Mij按照公式（10）进行计算：Mij=μ04π∫li∫lj1r′dlj·dli---(10);]]>其中：li和lj是第i段与j段两段导体的长度，r'是两段导体表面上的点之间的距离，μ0是真空中的磁导率；d)、按照公式（11）计算节点电压Φn与中点电压Φdis：ΦdisΦn=[[AZb-1AT]+Zdis-1000]-1·0If---(11);]]>式中各符号的含义同前；按照方程式（4）求得中点对地泄漏电流Idis，按照方程式（3...

【技术特征摘要】
1.一种以火花系数修正杆塔接地装置的低幅值冲击电阻测量方法，
其特征是：利用便携式冲击电流发生器作为信号输出源，所述便携式
冲击电流发生器产生的冲击电流要求满足：幅值在5A～50A范围内、
波头时间1.0μs～5.0μs的双指数波；按照以下步骤进行测量计算：
一）、便携式冲击电流发生器的分流与分压输出端分别连接数字式
示波器的两个独立通道，以三级法测量方式布置接地装置，使用不间
断电源供电，从接地极注入冲击电流，以多通道数字式示波器的两个
独立通道同时记录冲击电流发生器产生的冲击电流I(t)数据与接地极
上响应电压U(t)的数据；
二）、设定采样间隔Δt，进行采样，标准雷电流的采样序列为istd(n)，
其中：n为自然数，时间t满足：t=Δt×n；逐一对每一个标准雷电流的
采样序列进行卷积计算，得到卷积计算后的响应电压ustd(n)；按照公式
（1）计算在标准雷电流作用下的初始冲击接地电阻值Rc：
R=max(ustd(n))max(istd(n))---(1);]]>其中，max(istd(n))表示标准雷电流采样序列中的最大值，
max(ustd(n))表示对应所述标准雷电流序列最大值经过卷积计算后的响
应电压值；
三）、计算接地装置所在土壤的火花系数α，计算步骤如下；
采用场路结合的接地装置冲击接地电阻频域数值仿真算法进行计
算：
a)、在冲击接地电阻数值仿真系统中输入接地极的结构、尺寸参
数，土壤参数，迭代误差ε，根据导体剖分长度Δl进行剖分，
剖分后的导体段数为p，节点个数为q，按照π形等效电路对
剖分后的接地装置进行建模；
b)、对标准雷电流Istd(t)进行快速傅里叶变换，傅里叶变换采样周

\t期T=300μs，谐波阶次N=20，得到N次谐波分量If，基波频
率f1=1/T=3333Hz，即一次谐波频率，第i次谐波频率fi=f1*i；
c)、根据接地装置的模型，采用节点电压法建立方程如下：
AIb=-IdisIf---(3);ZdisIdsi=Φdis---(4);ZbIb=ATΦdisΦn---(5)]]>其中：方程式（3）为节点KCL方程，其中A为关联矩阵，Ib是剖分导体段的轴向电流，Idis是中点节点对地泄漏电流，If是
注入的标准雷电流；
方程式（4）为中点对地散流约束方程，由所建模中“场
的模型”按照工程电磁场理论建立得到，式中，Zdis为剖分导
体段对地散流的自阻抗与互阻抗矩阵，Φdis是剖分导体段的中
点电压，Zdis是对地散流矩阵；
方程式（5）为剖分导体段的KVL约束方程，由所建模
中“路的模型”按照电路理论建立得到，式中，Zb是剖分导体
段的自阻抗矩阵、互感矩阵，AT是关联矩阵A的转置矩阵，
Φn是节点电压；
方程式（4）中的对地散流矩阵Zdis按照公式（6）进行计
算：
Zdis(i,j)=14πρ+jωϵr·1LiLj·∫Li∫Lj1r′dljdlj---(6);]]>式中：Li和Lj是第i段与j段两段导体的长度，r'是两段导体
表面上的点之间的距离，ρ是土壤的电导率，εr是土壤的介电
常数，ω=2π*fi，fi是第i次谐波频率；
方程式（5）中自阻抗矩阵Zb按照公式（7）进行计算：
Zii=zii+jωMiiZij=jωMij---(7);]]>其中：Zii和Zij为矩阵元素、ω=2π*fi，zii为自阻抗、Mii为外
自感、Mij为互感，zii按照公式（8）进行计算：
zii=jωμc2πrjωμcσcI0(rjωμcσc)I1(rjωμcσc)---(8);]]>其中：ω=2π*fi，μc是导体的磁导率，σc是导体的电导率，r是
圆柱导体的半径，I0和I1分别是修正的第一类零阶和一阶贝赛
尔函数；
Mii按照公式（9）进行计算：
Mii=μ0·l2π(ln2lr-1)---(9);]]>其中：l是导体段的长度，μ0是真空中的磁导率；
Mij按照公式（10）进行计算：
Mij=μ04π∫li∫lj1r′dlj·dli---(10);]]>其中：li和lj是第i段与j段两段导体的长度，r'是两段导体表
面上的点之间的距离，μ0是真空中的磁导率；
d)、按照公式（11）计算节点电压Φn与中点电压Φdis：
Φdis&P...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱昌成，汪涛，鲁海亮，文习山，冯志强，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网湖北省电力公司电力科学研究院，武汉大学，
类型：发明
国别省市：北京;11