用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法技术

本发明专利技术涉及一种用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，该方法对影响绕击闪络率的主要因素暴露投影距离的选取与计算进行了改进和验证，同时考虑先导入射角及地面倾角对绕击耐雷性能的影响。与传统的方法如规程法、传统电气几何模型和先导发展模型相比，本发明专利技术的绕击闪络耐雷性能模型和绕击跳闸率计算方法综合考虑地面倾角、先导入射角、暴露投影距离等多项因素的影响，尤其对暴露投影距离的选取进行了反复验证，其计算结果更能贴近线路绕击闪络实际情况。

【技术实现步骤摘要】
用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法
本专利技术属于电力系统高压电气领域，特别是涉及输电线路绕击耐雷性能的分析领域，尤其涉及一种基于电气几何模型的优化暴露投影距离选取与计算的大跨越高杆塔输电线路绕击跳闸率的分析方法，适用于输电线路防雷设计和防雷改造。
技术介绍
雷击是引起输电线路故障的主要原因之一，当雷电流达到一定数值时，会引起线路跳闸。根据雷击对象的不同，雷击分为反击和绕击，目前对输电线路绕击耐雷性能的计算方法主要有规程法、电气几何模型(EGM)、先导发展模型(LPM)和绕击概率模型等。目前输电线路绕击计算方法主要有规程法、电气几何模型和先导法等方法。规程法线路绕击率计算公式能够满足一般线路雷电屏蔽的设计要求，但其带有综合的平均性质，常常不能反映具体线路的特点，无法解释屏蔽失效现象，对评估输电线路绕击性能不利。W’SEGM模型将雷电的放电特性同线路的结构尺寸联系起来，但它未考虑放电的分散性和其它因素对击距的影响，亦未考虑雷击大地、避雷线、导线时的差别而假定先导对三者的击距相等，试用范围有限。Eriksson改进电气几何模型，主要是考虑了结构物高度对输电线路雷电绕击的影响，引入了吸引距离的概念，其分析计算结果同线路的实际运行结果是否吻合，吸引距离同结构物高度的关系是否准确等，还有待于实践的进一步检验。Rizk先导发展模型比较细致地考虑了上下行先导的发展相遇过程，并对该过程进行了初步定量描述，这是输电线路雷电绕击研究方面一个很大的进步，但它没有考虑当雷电下行先导已经下降到低于输电线路高度时发生的绕击线路现象，因此，它是否适用于高杆塔线路的雷电绕击性能估算必须得到输电线路运行结果的广泛支持后才能得到确证。总的来看，规程法计算过于简单，无法对大跨越高杆塔输电线路绕击耐雷水平进行细致分析，而先导模型、分形模型及概率模型计算又过于繁杂，且尚需通过实践积累来证明其可靠性。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的缺陷，本专利技术的目的是：提供一种用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，采用考虑先导入射角和地面倾角的输电线路绕击EGM分析法对绕击耐雷性能进行研究，提出一种简单可靠的输电线路绕击耐雷性能计算方法。为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，综合考虑先导入射角范围、地面倾角、暴露投影距离的选取对绕击闪络耐雷性能的影响，其特征在于，包括：第一步：确定线路绕击耐雷水平；第二步：确定先导入射角范围；第三步：建立考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型；第四步：选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离；第五步：推导暴露投影距离；第六步：计算绕击率和绕击闪络率；第七步：计算线路绕击跳闸率。进一步地，所述第一步的线路绕击耐雷水平的确定方法是：其计算式为：式中，Ic为线路绕击耐雷水平，单位为kA，U50％为线路用绝缘子串的50％冲击闪络电压值，单位为kV，Z为输电线波阻抗，取400Ω。进一步地，所述第二步的先导入射角范围的确定方法是：设α为保护角，Ψ为先导入射角，定义垂直地面入射时先导入射角为0°，从垂线左侧入射先导入射角为负，右侧入射为正，雷电先导不会从水平面下方斜入射击中导线，入射角的范围在-90°～90°间，分别以杆塔处避雷线S和导线C为中心，以Rs、Rc为半径作圆，再做两圆的公切线，与垂线形成的夹角Ψ即为绕击发生的最大先导入射角，最大先导入射角与避雷线保护角相等；当Ψ角变大时，直到最大90°，先导都有可能击中导线形成绕击，而Ψ角变小时的先导将要么击中避雷线，要么击中大地，对导线形成了完全屏蔽；先导入射角概率密度分布满足式：其中：式中，系数Km通过归一化条件求得，m＝1时，Km＝1/2，m＝2时，Km＝2/π，取m＝2，则先导入射角的概率密度分布函数为：进一步地，所述第三步的考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型的建立方法是：设φ为地面倾角，hs为避雷线高度，hc为导线高度，α为保护角，rs、rc、rg分别为先导对避雷线、导线和大地的击距，分别以杆塔处避雷线S和导线C为中心，以rs、rc为半径作弧线相交于B点，再以rg为高度作一与地面平行的直线EF，与以C为中心的圆弧相交于E点，离避雷线S距离为b/2，b为两根避雷线的水平距离，处做一垂直于水平面的虚线，此线与以rs为半径的弧交于A点，点A′、S′、C′、B′、E′分别为A、S、C、B、E点在水平面上的投影，弧为线路屏蔽弧，落在弧上的雷将击中避雷线，弧为暴露弧，落在弧上的雷将击中导线，射线EF为地面的屏蔽弧，落在直线EF上的雷将击中大地，分别沿着与直线AA′，BB′，EE′成Ψ角的方向作直线AM、BN、EG，表示雷击方向，而OM、PN、KG表示先导在未发生偏折前是垂直于水平面向下发展的，连接AB、BE，则AB、BE分别是与弧对应的弦长，过A点作与BN垂直的直线相交于A″，同样过B点作与EG垂直的直线相交于B″，则BA″、EB″分别是弧在雷击入射方向上的投影长度，BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离，若雷电先导落入暴露投影距离BB″这一范围内，则导线C将会被先导入射角为Ψ的雷击中，若先导落入其他范围，则避雷线和大地对此先导入射角下的雷形成有效屏蔽，雷电流要么击中地线经避雷线流入大地，要么击中地面直接注入大地。进一步地，所述第四步的选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离的方法包括：采用IEEE标准所推荐的击距公式，雷电对避雷线和导线的击距为：rs＝rc＝10I0.65雷电对大地的击距为：雷电流上下限的选取方法为：根据改进的电气几何模型，设CE线段与水平面的夹角为θ1、CB线段与水平面的夹角为θ2，则θ1、θ2可由以下公式计算得出：令θ1＝θ2，解得最大击距rmax，再根据击距与雷电流幅值之间的函数关系解得最大绕击雷电流；发生绕击的最小雷电流Imin、发生绕击闪络的临界雷电流Ic和发生绕击的最大雷电流Imax的三个雷电流幅值之间的数值大小决定了计算绕击闪络概率公式中外层积分的上下限，具体情况如下：若Imin＜Ic＜Imax，则式为：若Ic＜Imin＜Imax，则式为：若Imin＜Imax＜Ic，则绕击闪络率直接为零，即不会发生线路绕击闪络：SFR＝0；BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离。进一步地，所述第五步的推导暴露投影距离的方法包括：以S′为坐标原点(0，0)，水平向右为x轴正方向，垂直向上为y轴正方向，SC在水平面上的投影S′C′用l表示，则l＝(hs-hc)tanα，从而S点和C点的坐标分别为(0，hs)、(l，hc)，因此B点的坐标(xB，yB)可通过解下面的方程组得到：E点的坐标(xE，yE)可通过解下面的方程组得到：从而直线EG的方程为：y-yE＝tan(90-ψ)(x-xE)垂直于直线EG且过点B(xB，yB)的方程为：联立式即可解得点B″的坐标(xB″，yB″)，从而暴露投影距离BB″的长度为：进一步地，所述第六步的计算绕击率和绕击闪络率的方法包括：在考虑雷击先导入射角Ψ的情况下线路发生绕击的概率SFR为：单位为次/(100km·a)发生绕击且闪络的概率SFFORR为：式中，Ng为地闪密度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，综合考虑先导入射角范围、地面倾角、暴露投影距离的选取对绕击闪络耐雷性能的影响，其特征在于，包括：第一步：确定线路绕击耐雷水平；第二步：确定先导入射角范围；第三步：建立考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型；第四步：选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离；第五步：推导暴露投影距离；第六步：计算绕击率和绕击闪络率；第七步：计算线路绕击跳闸率。

【技术特征摘要】
1.用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，综合考虑先导入射角范围、地面倾角、暴露投影距离的选取对绕击闪络耐雷性能的影响，其特征在于，包括：第一步：确定线路绕击耐雷水平；第二步：确定先导入射角范围；第三步：建立考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型；第四步：选取击距公式、确定雷电流积分上下限，并选取暴露投影距离；第五步：推导暴露投影距离；第六步：计算绕击率和绕击闪络率；第七步：计算线路绕击跳闸率。2.根据权利要求1所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第一步的线路绕击耐雷水平的确定方法是：其计算式为：式中，Ic为线路绕击耐雷水平，单位为kA，U50％为线路用绝缘子串的50％冲击闪络电压值，单位为kV，Z为输电线波阻抗，取400Ω。3.根据权利要求1所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第二步的先导入射角范围的确定方法是：设α为保护角，Ψ为先导入射角，定义垂直地面入射时先导入射角为0°，从垂线左侧入射先导入射角为负，右侧入射为正，雷电先导不会从水平面下方斜入射击中导线，入射角的范围在-90°～90°间，分别以杆塔处避雷线S和导线C为中心，以Rs、Rc为半径作圆，再做两圆的公切线，与垂线形成的夹角Ψ即为绕击发生的最大先导入射角，最大先导入射角与避雷线保护角相等；当Ψ角变大时，直到最大90°，先导都有可能击中导线形成绕击，而Ψ角变小时的先导将要么击中避雷线，要么击中大地，对导线形成了完全屏蔽；先导入射角概率密度分布满足式：其中：式中，系数Km通过归一化条件求得，m＝1时，Km＝1/2，m＝2时，Km＝2/π，取m＝2，则先导入射角的概率密度分布函数为：4.根据权利要求1所述的用于大跨越高杆塔的输电线路绕击闪络耐雷性能分析方法，其特征在于，所述第三步的考虑先导入射角及地面倾角影响的改进的电气几何模型的建立方法是：设φ为地面倾角，hs为避雷线高度，hc为导线高度，α为保护角，rs、rc、rg分别为先导对避雷线、导线和大地的击距，分别以杆塔处避雷线S和导线C为中心，以rs、rc为半径作弧线相交于B点，再以rg为高度作一与地面平行的直线EF，与以C为中心的圆弧相交于E点，离避雷线S距离为b/2，b为两根避雷线的水平距离，处做一垂直于水平面的虚线，此线与以rs为半径的弧交于A点，点A′、S′、C′、B′、E′分别为A、S、C、B、E点在水平面上的投影，弧为线路屏蔽弧，落在弧上的雷将击中避雷线，弧为暴露弧，落在弧上的雷将击中导线，射线EF为地面的屏蔽弧，落在直线EF上的雷将击中大地，分别沿着与直线AA′，BB′，EE′成Ψ角的方向作直线AM、BN、EG，表示雷击方向，而OM、PN、KG表示先导在未发生偏折前是垂直于水平面向下发展的，连接AB、BE，则AB、BE分别是与弧对应的弦长，过A点作与BN垂直的直线相交于A″，同样过B点作与EG垂直的直线相交于B″，则BA″、EB″分别是弧在雷击入射方向上的投影长度，BB″即为在雷击先导入射角为Ψ的情况下线路的暴露投影距离，若雷电先导落入暴露投影距离BB″这一范围内，则导线C将会被先导入射角为Ψ的雷击中，若先导落入其他范...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏杰，保承家，唐凯，谷山强，姜文东，刘岩，万家伟，任华，雷梦飞，章涵，
申请(专利权)人：国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，国网甘肃省电力公司检修公司，国网浙江省电力有限公司，
类型：发明
国别省市：湖北,42