基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法和系统技术方案

本发明专利技术公开了一种基于流注‑先导体系发展模型关键参量的确定系统及方法，包括：第一步、测量先导通道的平均场强EL和流注通道的平均场强Es；第二步、根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us；第三步、根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ；第四步、根据新增电荷ΔQ计算先导电流IL，并根据参量qL计算发展速度vL。本发明专利技术可以扩大模型的适用范围和提高计算速度。

【技术实现步骤摘要】
基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法和系统
本专利技术涉及输电线路雷电防护领域，特别涉及一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法和系统。
技术介绍
雷击是造成输电线路跳闸的重要原因。根据统计数据，我国有一半以上的电力系统故障是由于雷击造成的，前苏联1150kV输电线路从1985年到1994年间所发生的跳闸事故中，有大约84％是雷击跳闸事故。我国大量的输电线路运行经验表明，超、特高压输电线路的雷击故障主要形式是绕击，由于超、特高压输电线路具有杆塔尺寸大、运行电压高等特点，人们对其发生雷电发展的机理认知仍然有限，使雷电防护工作变得十分困难，加上沿途气候、地理环境复杂，超、特高压输电线路遭受自然雷害的概率增大。在这样的实际工程需求下，输电线路雷电机理研究这一课题成为了研究热点。目前对于雷电发展机理的普遍认识是流注-先导的发展，即先导头部的流注不断发展，同时先导以通道的形式不断发展，连接着电极与流注，采用流注-先导体系发展模型。其发展速度是关键参量，为了计算先导发展速度vL，需要确定先导电流IL和参数qL。大量实验表明先导发展的平均速度与先导电流存在一定的关系：其中，qL表示新产生单位长度先导所需的电荷量，qL与施加的电压波形和环境湿度有关，一般介于20～50μC/m。先导头部电流IL是和流注空间电荷ΔQ和时间Δt是相关的，即：国外研究学者Geolian假设先导头部的轴向电位分布是背景电位与先导通道电位的线性组合，随着流注的发展，空间电位产生畸变，流注空间的正电荷ΔQ是与电位畸变量相关的，流注空间的正电荷ΔQ是与电位畸变量相关的。之后Becerra在此模型基础提出类似的流注-先导体系发展模型并对上行先导过程仿真，与实验数据吻合较好。Geolian提出的方法为计算先导发展速度提供了一种思路，但其在推导中进行了很多简化。Becerra和Geolian在计算中都未考虑背景电位随时间的变化，这对于施加了正极性冲击电压的棒-板、线-板等间隙比较适用，但在雷电作用下，空间背景电位是时变的，模型的应用具有局限性。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法和系统，能够扩大模型的适用范围和提高计算速度。为了达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法，包括以下步骤：第一步、测量先导通道的平均场强EL和流注通道的平均场强Es，场强测量采用光电式探头。第二步、根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us；第三步、根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ；第四步、根据新增电荷ΔQ计算先导电流IL，并根据参量qL计算发展速度vL。进一步的，第二步中，根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us具体为：电位分布Us由下式计算：Utip表示先导头部的电位，由先导通道内的场强EL确定；以导线中心点为原点，建立二维直角坐标系(x,U)，x方向与放电轴线方向相同，表示空间位置；U方向与放电轴线方向平行，表示电位；为流注-先导发展至第i-1步时背景电位；为流注-先导发展至第i步时背景电位。进一步的，第三步中，根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ具体为：利用电流积分得到电量Q，确定KQ的取值范围为(3.0～4.0)×10-11C/Vm；表示流注-先导发展至第i步时的先导头部位置坐标；表示流注-先导发展至第i步时的流注头部位置坐标；表示流注-先导发展至第i-1步时的流注头部位置坐标。进一步的，第四步中，参量qL由下式拟合计算获得：其中，p1＝8.847×10-23，p2＝-1.209×10-17，p3＝8.015×10-13，p4＝-1.243×10-8，p5＝1.187×10-4。一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定系统，包括：场强测量模块，用于测量先导通道的平均场强EL和流注通道的平均场强Es；电位分布计算模块，根据所述EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us；新增电荷计算模块，用于根据所述Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ；发展速度计算模块，用于根据所述新增电荷ΔQ计算先导电流IL，并根据参量qL计算发展速度vL。进一步的，根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us具体为：电位分布Us由下式计算：Utip表示先导头部的电位，由先导通道内的场强EL确定；以导线中心点为原点，建立二维直角坐标系(x,U)，x方向与放电轴线方向相同，表示空间位置；U方向与放电轴线方向平行，表示电位；为流注-先导发展至第i-1步时背景电位；为流注-先导发展至第i步时背景电位。进一步的，根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ具体为：利用电流积分得到电量Q，确定KQ的取值范围为(3.0～4.0)×10-11C/Vm；表示流注-先导发展至第i步时的先导头部位置坐标；表示流注-先导发展至第i步时的流注头部位置坐标；表示流注-先导发展至第i-1步时的流注头部位置坐标。进一步的，参量qL由下式拟合计算获得：其中，p1＝8.847×10-23，p2＝-1.209×10-17，p3＝8.015×10-13，p4＝-1.243×10-8，p5＝1.187×10-4。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：1、对雷电现象中的流注-先导发展过程进行建模，其创新性体现在提出了一种能够考虑背景电位变化的电位畸变方法以确定空间新增电荷ΔQ。保证模型计算精度，扩大其适用范围。2、本专利技术提出的自适应算法可以有效降低冗余的计算，简化了整个计算过程，能够快速计算雷电发展过程的关键参量，对雷电机理研究具有指导意义，适合应用在工程实际当中。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明附图用来提供对本专利技术技术方案的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请的实施例一起用于解释本专利技术的技术方案，并不构成对本专利技术技术方案的限制。图1是本专利技术提出的每一步流注、先导头部的位置，流注、先导通道的场强、空间电荷以及背景电场变化后的电位分布图；图2是基于同轴分流器的高电位瞬态电流测量系统示意图；图3是以光电集成电场传感器为核心传感元件构成的测量系统示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下文中将结合附图对本专利技术的实施例进行详细说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机系统中执行。并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。本专利技术提出基于流注-先导体系发展模型的关键参量确定方法和系统，提出了一种能够考虑背景电位变化的电位畸变方法以确定关键参量，扩大模型的适用范围和提高计算速度，以便更好的应用到工程实际中。Geolian假设先导头部的轴向电位分布是背景电位与先导通道电位的线性组合，随着流注的发展，空间电位产生畸变，流注空间的正电荷ΔQ是与电位畸变量相关的，可以按照下式计算中U2(t,x)表示考虑空间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于流注‑先导体系发展模型关键参量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、测量先导通道的平均场强EL和流注通道的平均场强Es；第二步、根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us；第三步、根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ；第四步、根据新增电荷ΔQ计算先导电流IL，并根据参量qL计算发展速度vL。

【技术特征摘要】
1.一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法，其特征在于，包括以下步骤：第一步、测量先导通道的平均场强EL和流注通道的平均场强Es；第二步、根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us；第三步、根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ；第四步、根据新增电荷ΔQ计算先导电流IL，并根据参量qL计算发展速度vL。2.根据权利要求1所述的一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法，其特征在于，第二步中，根据EL和Es计算所有空间电荷以及背景电位变化后的电位分布Us具体为：电位分布Us由下式计算：Utip表示先导头部的电位，由先导通道内的场强EL确定；以导线中心点为原点，建立二维直角坐标系(x,U)，x方向与放电轴线方向相同，表示空间位置；U方向与放电轴线方向平行，表示电位；为流注-先导发展至第i-1步时背景电位；为流注-先导发展至第i步时背景电位。3.根据权利要求1所述的一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法，其特征在于，第三步中，根据Us和Es计算流注空间新增电荷ΔQ具体为：利用电流积分得到电量Q，确定KQ的取值范围为(3.0～4.0)×10-11C/Vm；xLi表示流注-先导发展至第i步时的先导头部位置坐标；xsi表示流注-先导发展至第i步时的流注头部位置坐标；xsi-1表示流注-先导发展至第i-1步时的流注头部位置坐标。4.根据权利要求1所述的一种基于流注-先导体系发展模型关键参量的确定方法，其特征在于，第四步中，参量qL由下式拟合计算获得：其中，p1＝8.847×10-23，p2＝-1.209×10-17，p3＝8.015×10-13，p4＝-1.243×10-8，p5＝1.187×10-4。5.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：张鹏，王森，庄池杰，高峰，申巍，于义亮，曾嵘，余占清，孔志战，
申请(专利权)人：国家电网公司，国网陕西省电力公司电力科学研究院，清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11