多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法及其装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法及其装置，所述方法基于电磁暂态程序建立仿真模型，模拟反击塔顶和绕击导线的实验，仿真得到反击临界雷电流和绕击临界雷电流，并结合反击杆塔的落雷次数、绕击导线次数和相关理论公式综合确定断路器在多重雷击下的绝缘受损率，并根据所述断路器绝缘受损率，来评估断路器的雷电风险；本发明专利技术的断路器绝缘受损率的计算结果精准，能够准确对站内断路器的雷电风险进行评估，为断路器的防护及安全运行提供技术支撑。全运行提供技术支撑。全运行提供技术支撑。

【技术实现步骤摘要】
多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法及其装置


[0001]本专利技术涉及电力系统变电设备防雷领域，尤其涉及多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法。

技术介绍

[0002]近年来，南网五省雷电活动频繁，断路器等输变电设备因雷击造成的故障率占比较高，特别是雷电侵入波导致敞开式变电站内的断路器设备断口爆炸的事件常有发生，成为电力系统安全稳定性的一个重要威胁。因此，有必要针对多重雷下的断路器的雷电风险进行评估，为断路器的防护及安全运行提供技术支撑，保障断路器及变电站系统的安全运行。
[0003]申请人发现，合理确定多重雷击下断路器的绝缘受损率，可准确反映多重雷下的断路器的雷电风险水平。然而，现有技术在计算断路器等设备的雷击受损率时，一般采取概率统计预测的方法，但该方法首先需收集大量的设备历史运行数据，然后结合计算机进行大量的模拟，计算较为复杂，且由于计算方法使用的假定是不严格的，导致简化计算结果与实际情况可能有较大的差异，计算结果不准确，较难直接运用于实际工程的计算中，从而无法准确评估多重雷下的断路器的雷电风险水平。

技术实现思路

[0004]本专利技术实施例的目的是提供一种多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，能够准确计算断路器在多重雷击下的断路器绝缘受损率，从而更精准地评估多重雷下的断路器的雷电风险水平。
[0005]为了实现本专利技术的目的，本专利技术提供一种多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，包括以下步骤：
[0006]采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；
[0007]根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型；
[0008]在所述仿真模型中采用多重雷对每一杆塔进行反击和绕击的模拟，分别获取每一杆塔的反击临界雷电流I
fn
和绕击临界雷电流I
rn
；
[0009]计算每一所述杆塔的落雷次数N
n1
和每一绕击导线次数N
n2
；
[0010]根据每一所述杆塔的反击临界雷电流I
fn
和每一所述落雷次数N
n1
，结合预先获得的雷电流幅值概率分布式，计算每一反击侵入波下的断路器绝缘受损率η
fn
；
[0011]根据每一所述杆塔的绕击临界雷电流I
rn
和每一所述绕击导线次数N
n2
，结合预先获得的雷电流幅值概率分布式，计算每一所述绕击侵入波下的断路器绝缘受损率η
rn
；
[0012]根据每一所述反击侵入波下的断路器绝缘受损率η
fn
和每一所述绕击侵入波下的断路器绝缘受损率η
rn
，得到多重雷击下的站内断路器绝缘受损率η
s
；
[0013]根据所述断路器绝缘受损率η
s
，确定所述断路器在多重雷电侵入波下的雷电风险水平。
[0014]优选地，所述根据站内设备数据在电磁暂态程序建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型，具体包括：
[0015]在电磁暂态程序中采用JMarti频率相关模型建立线路模型，采用多波阻抗模型建立杆塔模型，采用先导发展模型建立绝缘子串模型，采用非线性电阻模型建立杆塔接地电阻模型，采用波阻抗模型建立站内连接线，以及用电容等值模拟断路器、隔离开关、电流互感器等设备；
[0016]结合上述模型和设备，建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型。
[0017]优选地，所述在所述仿真模型中采用多重雷对每一杆塔进行反击和绕击的模拟，分别获取每一杆塔的反击临界雷电流I
fn
和绕击临界雷电流I
rn
，具体包括：
[0018]采用2次连续脉冲雷电流模拟多重雷；
[0019]采用多重雷模拟每一杆塔的反击塔顶实验，实时计算断路器上的反击雷电过电压；
[0020]当断路器上的反击雷电过电压达到其额定雷电冲击耐受水平U
L
时，获取每一所述杆塔的反击临界雷电流I
fn
；
[0021]采用多重雷模拟每一杆塔的导线的绕击实验，获取每一所述绕击临界雷电流 I
rn
。
[0022]优选地，所述根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型，还具体包括：
[0023]在建立所述仿真模型时，考虑工频电压和感应雷电压的影响，其中，所述感应雷电压通过以下公式计算：
[0024][0025]其中，u为感应雷电压大小，i为雷电流，h
c
为导线平均高度，h
g
为地线平均高度，k为导地线耦合系数。
[0026]优选地，所述预先获得的雷电流幅值概率分布式通过以下步骤获取：
[0027]结合雷电定位系统统计变电站区域预设时间的实际地闪情况，并拟合得到雷电流幅值概率分布如下式所示：
[0028][0029]其中，I为线路耐雷水平，a0和b0为拟合参数。
[0030]优选地，所述分别计算每一所述杆塔的落雷次数N
n1
和每一绕击导线次数 N
n2
,具体包括：
[0031]通过以下公式计算每一所述杆塔的落雷次数：
[0032]N
n1
＝0.001N
g
(28h
Tn0.6
+b)g
n
l
n
,1≤n≤N；
[0033]则，所述每一绕击导线次数N
n2
通过以下公式计算：
[0034]N
n2
＝0.1N
g
(28h
T0.6
+b)-N
n1
，1≤n≤N，
[0035]其中，N
g
为地闪密度，h
Tn
为杆塔高度，b为两地线之间的距离，g
n
为杆塔的击杆率，l
n
为杆塔距变电站的距离，N为杆塔的基数。
[0036]优选地，所述根据每一所述杆塔的反击临界雷电流I
fn
和每一所述落雷次数 N
n1
，结合预先获得的雷电流幅值概率分布式，计算每一反击侵入波下的断路器绝缘受损率η
rn
，具体包括：
[0037]基于每一所述杆塔的反击临界雷电流I
fn
，通过所述雷电流幅值概率分布式计算每一反击雷电流大于反击临界雷电流概率P
fn
，具体为：
[0038][0039]根据每一所述反击雷电流大于反击临界雷电流概率P
fn
和每一所述落雷次数 N
n1
，得到每一反击侵入波下的断路器绝缘受损率η
fn
，具体为：
[0040]η
fn
＝N
n1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，其特征在于，包括：采集站内设备数据；其中，所述站内设备数据包括线路、杆塔、绝缘子串、变电站内主设备电气平面图及设备的相关参数；根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型；在所述仿真模型中采用多重雷对每一杆塔进行反击和绕击的模拟，分别获取每一杆塔的反击临界雷电流I
fn
和绕击临界雷电流I
rn
；计算每一所述杆塔的落雷次数N
n1
和每一绕击导线次数N
n2
；根据每一所述杆塔的反击临界雷电流I
fn
和每一所述落雷次数N
n1
，结合预先获得的雷电流幅值概率分布式，计算每一反击侵入波下的断路器绝缘受损率η
fn
；根据每一所述绕击临界雷电流I
rn
和每一所述绕击导线次数N
n2
，结合预先获得的雷电流幅值概率分布式，计算每一绕击侵入波下的断路器绝缘受损率η
rn
；根据每一所述反击侵入波下的断路器绝缘受损率η
fn
和每一所述绕击侵入波下的断路器绝缘受损率η
rn
，得到多重雷击下的站内断路器绝缘受损率η
s
；根据所述断路器绝缘受损率η
s
，确定所述断路器在多重雷电侵入波下的雷电风险水平。2.如权利要求1所述的多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，其特征在于，所述根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型，具体包括：在电磁暂态程序中采用JMarti频率相关模型建立线路模型，采用多波阻抗模型建立杆塔模型，采用先导发展模型建立绝缘子串模型，采用非线性电阻模型建立杆塔接地电阻模型，采用波阻抗模型建立站内连接线，以及用电容等值模拟断路器、隔离开关、电流互感器等设备；结合上述模型和设备，建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型。3.如权利要求1所述的多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，其特征在于，所述在所述仿真模型中采用多重雷对每一杆塔进行反击和绕击的模拟，分别获取每一杆塔的反击临界雷电流I
fn
和绕击临界雷电流I
rn
，具体包括：在电磁暂态程序中采用2次连续脉冲雷电流模拟多重雷；采用多重雷模拟每一杆塔的反击塔顶实验，实时计算断路器上的反击雷电过电压；当断路器上的反击雷电过电压达到其额定雷电冲击耐受水平U
L
时，获取每一所述杆塔的反击临界雷电流I
fn
；采用多重雷模拟每一杆塔的导线的绕击实验，获取每一所述绕击临界雷电流I
rn
。4.如权利要求1所述所述的多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，其特征在于，所述根据所述站内设备数据在电磁暂态程序中建立线路-变电站雷电侵入波仿真模型，还具体包括：在建立所述仿真模型时，考虑工频电压和感应雷电压的影响，其中，所述感应雷电压通过以下公式计算：其中，u为感应雷电压大小，i为雷电流，h
c
为导线平均高度，h
g
为地线平均高度，k为导地线耦合系数。
5.如权利要求1-4任一项所述的多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，其特征在于，所述预先获得的雷电流幅值概率分布式通过以下步骤获取：结合雷电定位系统统计变电站区域预设时间的实际地闪情况，并拟合得到雷电流幅值概率分布如下式所示：其中，I为线路耐雷水平，a0和b0为拟合参数。6.如权利要求5所述的多重雷下的断路器绝缘受损风险评估方法，其特征在于，所述分别计算每一所述杆塔的落雷次数N
n1
和每一绕击导线次数N
n2
，具体包括：通过以下公式计算每一所述杆塔的落雷次数：N
n1
＝0.001N
g
(28h
Tn0.6
+b)g
n
l
n
,1≤n≤N；则，所述每一绕击导线次数N
n2
通过以下公式计算：N
n2
＝0.1N
g
(28h
Tn0.6
+b)-N
n1
，1≤n≤N，其中，N
g
为地闪密度，h

【专利技术属性】
技术研发人员：冯瑞发，廖民传，刘刚，马御棠，胡上茂，钱国超，贾磊，蔡汉生，屈路，祁汭晗，张义，胡泰山，刘浩，梅琪，施健，
申请(专利权)人：云南电网有限责任公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：