一种换流站防雷性能仿真计算方法技术

本发明专利技术提供了一种换流站防雷性能仿真计算方法，建立所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型；向所述建筑物或电气设备注入模拟雷电电流，并将所述模拟雷电电流输入至仿真模型；所述仿真模型根据所述模拟雷电电流计算所述相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻；根据所述等效冲击电阻确定所述换相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能。本发明专利技术通过建立换流站内相应的建筑物或电气设备仿真模型，通过注入的模拟雷电电流数据，依据R＝U/I公式，计算等效冲击电阻，比对等效冲击电阻与规范规定的阈值范围，可准确校核换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的合理性，为校核换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
一种换流站防雷性能仿真计算方法
本专利技术涉及特高压直流电力工程仿真计算
，具体而言，涉及一种换流站防雷性能仿真计算方法。
技术介绍
目前，换流站是直流电力系统中的枢纽，一旦发生雷击损坏事故，有可能造成大面积停电，影响十分严重。所以，换流站要求有可靠的防雷保护措施。换流站的雷害来自两个方面，一是雷直接击到换流站设备上而造成站内设备的损坏，简称直击雷；二是雷击到输电线路的杆塔和避雷线上，造成绝缘子闪络(反击)；或者直接击到导线上(绕击)产生的雷电波，雷电波沿输电线路传递到换流站，并在换流站设备上产生雷电过电压引起设备绝缘层损坏，此简称侵入波。所以，换流站设备的防雷保护措施有两个方面，一个直击雷的防护，另一个是雷电侵入波的防护。对于直击雷的防护，国内外通用的做法是在换流站安装避雷针和避雷线。从我国110kV～1000kV大量变电站多年来的变电站直击雷防护的运行经验可知，按照我国现行规程规定的方法，安装了避雷针和避雷线的变电站，其直击雷防护效果是可靠的，但是仍有可能发生较小的雷电电流绕过避雷针线组合，击于建筑物顶。此时建筑物屋顶面作为接闪器，通过建筑物外立面和引下线等将雷电电流导入大地。如果此时雷电电流过大，会使建筑物电位抬升，造成建筑物内的人和电气设备的放电危险。中国专利公开号：CN104538922A，本专利技术涉及一种换流站避雷防护方法及装置，所述方法包括如下步骤：确定覆盖换流站的立体避雷防护空间。在所述避雷防护空间的外围设置避雷防护结构，所述避雷防护结构包括从所述避雷防护空间顶部至避雷防护空间底部依次排列设置的一个以上避雷线，所述避雷线电连接至避雷线柱，所述避雷线柱接地。采用本专利技术所述的换流站避雷防护方法及装置，通过设置在避雷防护空间顶部至避雷防护空间底部依次排列设置的一个以上避雷线，顶部避雷线防止避雷防护空间顶部遭受直击雷，顶部以下的避雷线防止避雷防护空间侧部遭受侧击雷，即能覆盖雷电防护盲点，可防止直击雷侧面绕击，使换流站得到全面的防雷保护，减小雷击故障概率。上述专利技术并未解决校验换流站内的其中一建筑或电气设备防雷装置的防雷性能的问题。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术提出了一种换流站防雷性能仿真计算方法，旨在解决校核换流站的其中一建筑或电气设备防雷装置的防雷性能的问题。一个方面，本专利技术提出了一种换流站防雷性能仿真计算方法，建立所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型；向所述换流站内相应的建筑物或电气设备注入模拟雷电电流，并将所述模拟雷电电流输入至所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型；所述仿真模型根据所述模拟雷电电流计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻；根据所述等效冲击电阻确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能。进一步地，采集所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的长、宽、高以及位置数据，根据所述长、宽、高以及位置数据建立所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型。进一步地，所述模拟雷电电流为模拟雷电绕过所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的防雷装置后，直击在换流站内的其中一建筑物或电气设备上的雷电电流。进一步地，在所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型中，建立模拟雷电电流分析程序、地电位升计算程序、以及等效冲击电阻计算程序；所述模拟雷电电流分析程序分析所述模拟雷电电流数据，然后，所述地电位升计算程序计算所述模拟雷电电流数据所对应的所述建筑物或电气设备的地电位升，之后，所述等效冲击电阻计算程序计算所述模拟雷电电流数据所对应的所述建筑物或电气设备的等效冲击电阻数据。进一步地，在建立所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型之前，首先确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷等级。进一步地，根据所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的年预计雷击次数，确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷等级；所述年预计雷击次数按下式计算：N＝k×Ng×Ae，其中，N为所述建筑物或电气设备年预计雷击次数，k为校正系数，Ng为所述建筑物或电气设备所处地区雷击大地的年平均密度，Ae为所述建筑物或电气设备截收相同雷击次数的等效面积。进一步地，向所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的边缘尖端处注入所述模拟雷电电流，并将所述模拟雷电电流的数据输入到所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型中。进一步地，所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型分析采集到的所述模拟雷电电流的数据，通过所述仿真模型中的地电位升计算程序，计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的地电位升值。进一步地，所述仿真模型中的等效冲击电阻计算程序根据所述地电位升值，计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻值，或者，根据所述模拟雷电电流值和所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的地电位升值，按照R＝U/I公式直接计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻值，所述R＝U/I公式中：R为所述等效冲击电阻值，U为所述地电位升值，I为所述模拟雷电电流值。进一步地，根据所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的等效冲击电阻，确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷装置的防雷性能；依据规范规定的对所述建筑物或电气设备冲击接地电阻阈值的要求，判断所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻是否超过所述规范规定的阈值；若超过所述规范规定的阈值，则调整所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷装置，并重新计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻，直到所述等效冲击电阻小于所述规范规定的阈值；若未超过所述规范规定的阈值，则无需调整所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷装置。进一步地，通过更换材料、改变布局的方式，以减小所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的防雷装置的所述等效冲击电阻，提高所述换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能。进一步地，采用铜或导电性能强的材料，或者增大所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷装置的各连接处的接触面面积的方式，减小所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷装置各连接处的接触电阻，降低所述接触电阻对换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷装置的等效冲击电阻的影响。进一步地，所述换流站内的其中一建筑物的外部防雷装置、内部防雷装置、电气设备和电子系统共用同一接地装置。进一步地，所述外部防雷装置的接地导线和防雷电装置相感应，所述外部防雷装置的接地导线围绕建筑物敷设成环形接地体。本专利技术的有益效果，本专利技术根据换流站内的其中一建筑物或电气设备的长、宽、高以及位置数据建立换流站内相应的建筑物或电气设备仿真模型，并采用边缘尖端注入模拟雷电电流的方法，通过仿真模型中的分析和计算程序，计算换流站建筑物或电气设备的地电位升，然后根据R＝U/I公式，计算得到换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击接地电阻，通过比对等效冲击电阻值与规范规定的阈值范围值，可准确校核换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的合理性，为校核换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能提供技术支撑。另一方面，提供了一种流站阀厅防雷性能仿真计算方法，在CDEGS程序中建立换流站阀厅仿真模型，通过本专利技术所述计算方法，在建立阀厅仿真模型后，确定换流站阀厅在遭遇雷击时的等效冲击接地电阻，为分析换本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，建立所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型；向所述换流站内相应的建筑物或电气设备注入模拟雷电电流，并将所述模拟雷电电流输入至所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型；所述仿真模型根据所述模拟雷电电流计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻；根据所述等效冲击电阻确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能。

【技术特征摘要】
1.一种换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，建立所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型；向所述换流站内相应的建筑物或电气设备注入模拟雷电电流，并将所述模拟雷电电流输入至所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型；所述仿真模型根据所述模拟雷电电流计算所述换流站内相应的建筑物或电气设备的等效冲击电阻；根据所述等效冲击电阻确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备防雷装置的防雷性能。2.根据权利要求1所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，采集所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的长、宽、高以及位置数据，根据所述长、宽、高以及位置数据建立所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型。3.根据权利要求1所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，所述模拟雷电电流为模拟雷电绕过所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的防雷装置后，直击在所述换流站相应的建筑物或电气设备上的雷电电流。4.根据权利要求2所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，在所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型中，建立模拟雷电电流分析程序、地电位升计算程序、以及等效冲击电阻计算程序；所述模拟雷电电流分析程序分析所述模拟雷电电流数据，然后，所述地电位升计算程序计算所述模拟雷电电流数据所对应的所述建筑物或电气设备的地电位升，之后，所述等效冲击电阻计算程序计算所述模拟雷电电流数据所对应的所述建筑物或电气设备的等效冲击电阻数据。5.根据权利要求1或2所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，在建立所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的仿真模型之前，首先确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷等级。6.根据权利要求5所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，根据所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的年预计雷击次数，确定所述换流站内相应的建筑物或电气设备的防雷等级；所述年预计雷击次数按下式计算：N＝k×Ng×Ae，其中，N为所述建筑物或电气设备年预计雷击次数，k为校正系数，Ng为所述建筑物或电气设备所处地区雷击大地的年平均密度，Ae为所述建筑物或电气设备截收相同雷击次数的等效面积。7.根据权利要求1所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征在于，向所述换流站内的其中一建筑物或电气设备的边缘尖端处注入所述模拟雷电电流，并将所述模拟雷电电流的数据输入到所述换流站内相应的建筑物或电气设备的仿真模型中。8.根据权利要求7所述的换流站防雷性能仿真计算方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：万磊，谭波，范冕，王磊，娄颖，李振强，周沛洪，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，
类型：发明
国别省市：北京,11