本发明专利技术公开了分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法，实验箱上端搭载线路模块，下端搭载跨步电压测试模块，实验箱下端面开口；冲击发生器通过三相出线与线路模块连接；三相线路通过线路电阻、断线模拟器和负载变压器与三相RLC负载连接；断线模拟器由电流传感器、高压开关、电流采集装置、开关动作判断装置、中央处理器和无线收发装置组成，用于模拟输电线路两相断线接地故障；跨步电压测试模块用于分层土壤下的跨步电压测量；数据分析模块负责其余模块的操作与控制，并记录相关参数。本发明专利技术能有效模拟水平土壤分层工况下雷击输电线路产生过电压并造成线路两相断线接地故障，并对跨步电压进行有效测评。
【技术实现步骤摘要】
分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法
本专利技术属于电力系统接地分析领域，特别是一种分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法。
技术介绍
雷击输电线路是造成电力系统故障的主要原因，两相断线接地故障是电力系统故障中常见的故障类型，发生概率较高，危害较严重。当雷电流经断线输电线流入大地时，会在断线入地点附近产生电位升。此时，当人站在附近就会产生跨步电压，跨步电压对人体造成较大的危害，轻则烧伤皮肤、器官等，留下伤痕，情况严重时过大的电流会造成生命危险。由于配网线路长度的大幅增长，配网规模越来越大，穿越高密度人群的问题不可避免，配网断线等极端接地的隐患将越加突出。目前而言，解决配电网断线接地故障仍是一项世界级难题。目前国内外针对跨步电压的相关研究，主要集中在发电厂、变电站接地网的跨步电压仿真与接地电阻测试以及配电网系统运行风险评估和网架结构风险评估等，而缺乏配电网极端接地跨步电压测试和分布评估技术。当输电线路遭受直接雷击的时候，跨步电压测评方法将变得更加复杂，为了准确的对跨步电压进行测评，迫切需要建立一种智能测评系统，能考虑土壤水平分层和雷击输电线路产生过电压并造成线路两相断线直接接地的影响，测评周围土壤区域的跨步电压分布。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法。实现本专利技术目的的技术方案如下：分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统，包括冲击电压源(2)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(17)和数据分析模块(23)；所述实验箱(17)包括上端搭载的线路模块(32)和下端搭载的跨步电压测试模块(33)；所述线路模块(32)包括A相线路(5)、B相线路(6)、C相线路(7)和三相负载(16)；三相负载(16)为RLC负载；冲击电压源(2)的输出端连接到A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7)的输入端；A相线路(5)包括依次连接的线路电阻一(8)、线路电阻四(12)和负载变压器(15)的A相变压单元，A相变压单元输出端连接到三相负载(16)；B相线路(6)包括依次连接的线路电阻二(9)、线路电阻五(13)和负载变压器(15)的B相变压单元，线路电阻二(9)的输入端为B相线路(6)的输入端，线路电阻二(9)的输出端连接到断线模拟器B(21)的输入导线B(201)，断线模拟器B(21)的输出导线B(202)连接到线路电阻五(13)的输入端，线路电阻五(13)的输出端连接到B相变压单元的输入端，B相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；C相线路(7)包括线路电阻三(10)、线路电阻六(14)和负载变压器(15)的C相变压单元，线路电阻三(10)的输入端为C相线路(7)的输入端，线路电阻三(10)的输出端连接到断线模拟器C(11)的输入导线C(101)，断线模拟器C(11)的输出导线C(102)连接到线路电阻六(14)的输入端，线路电阻六(14)的输出端连接到C相变压单元的输入端，C相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；所述断线模拟器B(21)包括电流传感器四(204)、电流传感器五(205)、电流传感器六(206)、高压开关四(207)、高压开关五(208)、高压开关六(209)、电流采集装置B(213)、开关动作判断装置B(214)、中央处理器B(215)和无线收发装置B(216)；断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)分别连接到高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输入端，高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输出端相互连接；电流传感器四(204)、电流传感器五(205)和电流传感器六(206)分别套装在断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)，其输出端均连接到电流采集装置B(213)；高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)，继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)均连接到开关动作判断装置B(214)；电流采集装置B(213)和开关动作判断装置B(214)连接到中央处理器B(215)，中央处理器B(215)通过无线收发装置B(216)连接到数据分析模块(23)；所述断线模拟器C(11)包括电流传感器一(104)、电流传感器二(105)、电流传感器三(106)、高压开关一(107)、高压开关二(108)、高压开关三(109)、电流采集装置C(113)、开关动作判断装置C(114)、中央处理器C(115)和无线收发装置C(116)；断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)分别连接到高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输入端，高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输出端相互连接；电流传感器一(104)、电流传感器二(105)和电流传感器三(106)分别套装在断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)，其输出端均连接到电流采集装置C(113)；高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)，继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)均连接到开关动作判断装置C(114)；电流采集装置C(113)和开关动作判断装置C(114)连接到中央处理器C(115)，中央处理器C(115)通过无线收发装置C(116)连接到数据分析模块(23)；所述跨步电压测试模块(33)包括第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)、第四层土壤(22)和电压测量机器人(18)；第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)第四层土壤(22)分别由不同电阻率的土壤均匀填充，第四层土壤(22)为试验场地所在大地；第一层土壤(19)同时与断线模拟器C(11)的接地导线C(103)、断线模拟器B(21)的接地导线B(203)紧密接触；电压测量机器人(18)位于第一次土壤(19)的面上，并无线连接到数据分析模块(23)。上述分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统的测评方法，包括以下步骤：第一步：模拟雷击输电线路两相断线接地故障并进行电压测试，设定故障电流持续时间ts，通过电流传感器三(106)和电流传感器六(206)采集断线入地电流，并分别通过无线收发装置C(116)、无线收发装置B(216)无线传输到数据分析模块(23)；通过数据分析模块(23)控制电压测量机器人(18)测量不同跨步电压测试点的跨步电压以及跨步电压测试点分别到接地导线C(203)、接地导线B(103)的距离，并无线传输至数据分析模块(23)；第二步：由下述公式计算每个测试点跨步电压理论值Uti：ωk＝2πkf,k＝0,1,2,3,...,271(1)其中：式(1)中，ωk表示第k个角频率，f为基波频率；式(2)本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统，其特征在于，包括冲击电压源(2)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(17)和数据分析模块(23)；所述实验箱(17)包括上端搭载的线路模块(32)和下端搭载的跨步电压测试模块(33)；所述线路模块(32)包括A相线路(5)、B相线路(6)、C相线路(7)和三相负载(16)；三相负载(16)为RLC负载；冲击电压源(2)的输出端连接到A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7)的输入端；A相线路(5)包括依次连接的线路电阻一(8)、线路电阻四(12)和负载变压器(15)的A相变压单元，A相变压单元输出端连接到三相负载(16)；B相线路(6)包括依次连接的线路电阻二(9)、线路电阻五(13)和负载变压器(15)的B相变压单元，线路电阻二(9)的输入端为B相线路(6)的输入端，线路电阻二(9)的输出端连接到断线模拟器B(21)的输入导线B(201)，断线模拟器B(21)的输出导线B(202)连接到线路电阻五(13)的输入端，线路电阻五(13)的输出端连接到B相变压单元的输入端，B相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；C相线路(7)包括线路电阻三(10)、线路电阻六(14)和负载变压器(15)的C相变压单元，线路电阻三(10)的输入端为C相线路(7)的输入端，线路电阻三(10)的输出端连接到断线模拟器C(11)的输入导线C(101)，断线模拟器C(11)的输出导线C(102)连接到线路电阻六(14)的输入端，线路电阻六(14)的输出端连接到C相变压单元的输入端，C相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；所述断线模拟器B(21)包括电流传感器四(204)、电流传感器五(205)、电流传感器六(206)、高压开关四(207)、高压开关五(208)、高压开关六(209)、电流采集装置B(213)、开关动作判断装置B(214)、中央处理器B(215)和无线收发装置B(216)；断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)分别连接到高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输入端，高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输出端相互连接；电流传感器四(204)、电流传感器五(205)和电流传感器六(206)分别套装在断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)，其输出端均连接到电流采集装置B(213)；高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)，继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)均连接到开关动作判断装置B(214)；电流采集装置B(213)和开关动作判断装置B(214)连接到中央处理器B(215)，中央处理器B(215)通过无线收发装置B(216)连接到数据分析模块(23)；所述断线模拟器C(11)包括电流传感器一(104)、电流传感器二(105)、电流传感器三(106)、高压开关一(107)、高压开关二(108)、高压开关三(109)、电流采集装置C(113)、开关动作判断装置C(114)、中央处理器C(115)和无线收发装置C(116)；断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)分别连接到高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输入端，高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输出端相互连接；电流传感器一(104)、电流传感器二(105)和电流传感器三(106)分别套装在断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)，其输出端均连接到电流采集装置C(113)；高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)，继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)均连接到开关动作判断装置C(114)；电流采集装置C(113)和开关动作判断装置C(114)连接到中央处理器C(115)，中央处理器C(115)通过无线收发装置C(116)连接到数据分析模块(23)；所述跨步电压测试模块(33)包括第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)、第四层土壤(22)和电压测量机器人(18)；第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)第四层土壤(22)分别由不同电阻率的土壤均匀填充，第四层土壤(22)为试验场地所在大地；第一层土壤(19)同时与断线...
【技术特征摘要】
1.分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统，其特征在于，包括冲击电压源(2)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(17)和数据分析模块(23)；所述实验箱(17)包括上端搭载的线路模块(32)和下端搭载的跨步电压测试模块(33)；所述线路模块(32)包括A相线路(5)、B相线路(6)、C相线路(7)和三相负载(16)；三相负载(16)为RLC负载；冲击电压源(2)的输出端连接到A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7)的输入端；A相线路(5)包括依次连接的线路电阻一(8)、线路电阻四(12)和负载变压器(15)的A相变压单元，A相变压单元输出端连接到三相负载(16)；B相线路(6)包括依次连接的线路电阻二(9)、线路电阻五(13)和负载变压器(15)的B相变压单元，线路电阻二(9)的输入端为B相线路(6)的输入端，线路电阻二(9)的输出端连接到断线模拟器B(21)的输入导线B(201)，断线模拟器B(21)的输出导线B(202)连接到线路电阻五(13)的输入端，线路电阻五(13)的输出端连接到B相变压单元的输入端，B相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；C相线路(7)包括线路电阻三(10)、线路电阻六(14)和负载变压器(15)的C相变压单元，线路电阻三(10)的输入端为C相线路(7)的输入端，线路电阻三(10)的输出端连接到断线模拟器C(11)的输入导线C(101)，断线模拟器C(11)的输出导线C(102)连接到线路电阻六(14)的输入端，线路电阻六(14)的输出端连接到C相变压单元的输入端，C相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；所述断线模拟器B(21)包括电流传感器四(204)、电流传感器五(205)、电流传感器六(206)、高压开关四(207)、高压开关五(208)、高压开关六(209)、电流采集装置B(213)、开关动作判断装置B(214)、中央处理器B(215)和无线收发装置B(216)；断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)分别连接到高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输入端，高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输出端相互连接；电流传感器四(204)、电流传感器五(205)和电流传感器六(206)分别套装在断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)，其输出端均连接到电流采集装置B(213)；高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)，继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)均连接到开关动作判断装置B(214)；电流采集装置B(213)和开关动作判断装置B(214)连接到中央处理器B(215)，中央处理器B(215)通过无线收发装置B(216)连接到数据分析模块(23)；所述断线模拟器C(11)包括电流传感器一(104)、电流传感器二(105)、电流传感器三(106)、高压开关一(107)、高压开关二(108)、高压开关三(109)、电流采集装置C(113)、开关动作判断装置C(114)、中央处理器C(115)和无线收发装置C(116)；断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)分别连接到高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输入端，高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输出端相互连接；电流传感器一(104)、电流传感器二(105)和电流传感器三(106)分别套装在断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)，其输出端均连接到电流采集装置C(113)；高压开关...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾怡，郭蕾，陈德明，古维富，张栋，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：四川,51
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