一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的方法、系统技术方案

本发明专利技术公开了一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的方法及系统，属于输变电工程雷电防护技术领域。本发明专利技术方法，包括：确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导起始条件；确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导发展模型；根据所述线路上行先导起始条件以及线路上行先导发展模型，对所述直流输电线路在电晕空间电荷作用时的上行先导起始和发展过程进行模拟。本发明专利技术可计算电晕空间电荷条件下线路的先导起始和发展过程，可分析电晕空间电荷对直流线路直线塔雷电绕击特性的影响机制。绕击特性的影响机制。绕击特性的影响机制。

【技术实现步骤摘要】
一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的方法、系统


[0001]本专利技术涉及输变电工程雷电防护
，并且更具体地，涉及一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的方法及系统。

技术介绍

[0002]当负极性雷电下行先导靠近地面输电线路时，线路周围空间电场发生改变。若线路导地线附近的电场足够强，导地线上将会产生正极性上行先导迎向负极性下行先导。当上、下行先导间电场足够强将发生跃变击穿，从而下行先导被上行先导拦截。若拦截的上行先导起始于地线，则导线被保护而免遭雷击；若拦截的上行先导起始于导线，则雷电下行先导绕过地线的保护而击中导线，地线的雷电屏蔽作用失效，即发生线路的雷电绕击。
[0003]在传统的输电线路上行先导模型中，通常采用电位畸变法计算流注放电产生的电荷量Q
sc
。若导地线流注放电电荷量Q
sc
≥1μC，则上行先导起始。正极性先导在导地线表面起始后，先导本身和其头部的流注放电在电场的作用下迎向雷电下行先导的方向发展，在上行先导发展过程中，先导头部的电位u
tip
可由Rizk的方法给出，先导头部流注放电产生的空间电荷增量ΔQ
sc
仍然可用电位畸变法进行计算。随着上行先导长度不断增加，当上、下行先导头部之间的电场超过临界值500kV/m，发生最后跃变，下行先导被上行先导拦截，从而下行先导击中地线或导线。

技术实现思路

[0004]针对上述问题，本专利技术提出了一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的方法，包括：
[0005]确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导起始条件；
[0006]确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导发展模型；
[0007]根据所述线路上行先导起始条件以及线路上行先导发展模型，对所述直流输电线路在电晕空间电荷作用时的上行先导起始和发展过程进行模拟。
[0008]可选的，所述确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导起始条件，具体包括：
[0009]根据电位分布u1(l)与电位分布确定直流输电线路在无流注条件下的电位分布u2(l)；其中，电位分布u1(l)为直流输电线路在雷云电荷、下行先导通道中的电荷、导线上的电荷、地线和大地中的感应电荷作用下的电位分布；电位分布为直流输电线路在电晕空间电荷作用时，电晕空间电荷产生的电位分布；
[0010]根据电位分布u2(l)确定直流输电线路流注放电产生的电荷量Q
sc
，并将所述电荷量Q
sc
作为直流输电线路的上行先导起始条件；
[0011]其中，l为计算点距流柱起始电极的距离。
[0012]可选的，所述根据电位分布u1(l)与电位分布确定直流输电线路在无流注
条件下的电位分布u2(l)，具体包括：
[0013]将所述电位分布u1(l)与电位分布的叠加和，作为电位分布u2(l)。
[0014]可选的，所述电荷量Q
sc
的计算公式如下：
[0015][0016]式中，K
Q
为空间电荷电位畸变系数，l
str
满足下式：
[0017][0018]u
str
为流注区域内电位，u
str
的计算公式如下：
[0019]u
str
(l)＝u0‑
E
str
l
ꢀꢀ
(3)
[0020]式中，u0为流注起始电极的电位，E
str
为流注区域内的平均电场强度， l为计算点距流注起始电极的距离，l
str
为流柱头部距离流柱起始电极的距离。
[0021]可选的，所述线路上行先导发展模型具体包括：流注长度子模型，先导头部流注放电产生的空间电荷增量子模型，先导头部的发展速度子模型以及先导长度子模型。
[0022]可选的，在直流输电线路的存在电晕空间电荷影响时，流注长度子模型l
str
，公式如下：
[0023][0024]其中，l
str
为流柱头部距离流柱起始电极的距离。
[0025]可选的，在直流输电线路的存在电晕空间电荷影响时，确定先导头部流注放电在第i个时间步长内产生的空间电荷增量子模型，公式如下：
[0026][0027]其中，i表示第i个时间步长，u
Li
‑1为在不考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下不考虑电晕空间电荷分布时的第i
‑
1个时间步长上上行先导与下行先导头部之间的电位分布，u
Li
为在不考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下不考虑电晕空间电荷分布时的第i
‑
1步的上行先导头部与第i步下行先导头部间的电位分布，u
stri
‑1为在考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下第i
‑
1个时间步长上上行先导与下行先导头部之间的电位分布，u
stri
为在考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下第i
‑
1步的上行先导头部与第i步下行先导头部间的电位分布，为电晕空间电荷在第i个时间步长上形成的上行先导与下行先导头部之间的电位分布，为电晕空间电荷形成的第i
‑
1步的上行先导头部与第i步下行先导头部间的电位分布，l为计算点距流柱起始电极的距离，l
str
为流柱头部距离流柱起始电极的距离，为先导通道长度；
[0028]根据如下公式(7)，确定在直流输电线路的存在电晕空间电荷影响时，先导头部流注放电产生的空间电荷增量：
[0029][0030]ΔQ
isc
的计算公式如下：
[0031][0032]根据所述计算在时间步长Δt内进入先导通道的电流I
iL
，公式如下：
[0033][0034]可选的，根据公式(10)得到，先导头部的发展速度子模型，公式如下：
[0035][0036]式中，q
L
为形成单位长度先导通道所需流注电荷量，于是先导长度增量为：
[0037][0038]根据式(11)将先导长度进行更新，以确定先导长度子模型，如下：
[0039][0040]可选的，根据所述线路上行先导起始条件以及线路上行先导发展模型，对所述直流输电线路在电晕空间电荷作用时的上行先导起始和发展过程进行模拟，具体为：
[0041]1)确定直流输电线路的工作电压、结构参数、起晕参数、雷云和雷电下行先导参数、计算域几何参数，模拟步长Δt和最大模拟时间t
max
；
[0042]2)通过上述确定的直流输电线路的工作电压、结构参数、起晕参数、雷云和雷电下行先导参数、计算域几何参数，模拟步长Δt和最大模拟时间t
max
；
[0043]3)利用上行先导的起始模型判断线路上行先导是否起始，若不起本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的方法，所述方法包括：确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导起始条件；确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导发展模型；根据所述线路上行先导起始条件以及线路上行先导发展模型，对所述直流输电线路在电晕空间电荷作用时的上行先导起始和发展过程进行模拟。2.根据权利要求1所述的方法，所述确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导起始条件，具体包括：根据电位分布u1(l)与电位分布确定直流输电线路在无流注条件下的电位分布u2(l)；其中，电位分布u1(l)为直流输电线路在雷云电荷、下行先导通道中的电荷、导线上的电荷、地线和大地中的感应电荷作用下的电位分布；电位分布为直流输电线路在电晕空间电荷作用时，电晕空间电荷产生的电位分布；根据电位分布u2(l)确定直流输电线路流注放电产生的电荷量Q
sc
，并将所述电荷量Q
sc
作为直流输电线路的上行先导起始条件；其中，l为计算点距流柱起始电极的距离。3.根据权利要求2所述的方法，所述根据电位分布u1(l)与电位分布确定直流输电线路在无流注条件下的电位分布u2(l)，具体包括：将所述电位分布u1(l)与电位分布的叠加和，作为电位分布u2(l)。4.根据权利要求2所述的方法，所述电荷量Q
sc
的计算公式如下：式中，K
Q
为空间电荷电位畸变系数，l
str
满足下式：u
str
为流注区域内电位，u
str
的计算公式如下：u
str
(l)＝u0‑
E
str
l
ꢀꢀꢀꢀ
(3)式中，u0为流注起始电极的电位，E
str
为流注区域内的平均电场强度，l为计算点距流注起始电极的距离，l
str
为流柱头部距离流柱起始电极的距离。5.根据权利要求1所述的方法，所述线路上行先导发展模型具体包括：流注长度子模型，先导头部流注放电产生的空间电荷增量子模型，先导头部的发展速度子模型以及先导长度子模型。6.根据权利要求5所述的方法，在直流输电线路的存在电晕空间电荷影响时，流注长度子模型，公式如下：其中，l
str
为流柱头部距离流柱起始电极的距离。7.根据权利要求5所述的方法，在直流输电线路的存在电晕空间电荷影响时，确定先导头部流注放电在第i个时间步长内产生的空间电荷增量子模型，公式如下：
其中，i表示第i个时间步长，u
Li
‑1为在不考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下不考虑电晕空间电荷分布时的第i
‑
1个时间步长上上行先导与下行先导头部之间的电位分布，u
Li
为在不考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下不考虑电晕空间电荷分布时的第i
‑
1步的上行先导头部与第i步下行先导头部间的电位分布，u
stri
‑1为在考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下第i
‑
1个时间步长上上行先导与下行先导头部之间的电位分布，u
stri
为在考虑上行先导头部的流注电荷影响的条件下第i
‑
1步的上行先导头部与第i步下行先导头部间的电位分布，为电晕空间电荷在第i个时间步长上形成的上行先导与下行先导头部之间的电位分布，为电晕空间电荷形成的第i
‑
1步的上行先导头部与第i步下行先导头部间的电位分布，l为计算点距流柱起始电极的距离，l
str
为流柱头部距离流柱起始电极的距离，为先导通道长度；根据如下公式(7)，确定在直流输电线路的存在电晕空间电荷影响时，先导头部流注放电产生的空间电荷增量：ΔQ
isc
的计算公式如下：根据所述计算在时间步长Δt内进入先导通道的电流I
iL
，公式如下：8.根据权利要求5所述的方法，根据公式(10)得到，先导头部的发展速度子模型，公式如下：式中，q
L
为形成单位长度先导通道所需流注电荷量，于是先导长度增量为：根据式(11)将先导长度进行更新，以确定先导长度子模型，如下：9.根据权利要求1所述的方法，所述根据所述线路上行先导起始条件以及线路上行先导发展模型，对所述直流输电线路在电晕空间电荷作用时的上行先导起始和发展过程进行模拟，具体为：1)确定直流输电线路的工作电压、结构参数、起晕参数、雷云和雷电下行先导参数、计算域几何参数，模拟步长Δt和最大模拟时间t
max
；2)通过上述确定的直流输电线路的工作电压、结构参数、起晕参数、雷云和雷电下行先导参数、计算域几何参数，模拟步长Δt和最大模拟时间t
max
；3)利用上行先导的起始模型判断线路上行先导是否起始，若不起始，则t＝t+Δt，若t>
t
max
，则计算停止；若t小于或等于t
max
，执行步骤3)，若起始，则执行步骤4)；4)利用上行先导的发展模型计算上行先导发展速度υ
L
、、上行先导和下行先导头部间的平均电场强度；5)判断上行先导和下行先导头部间的平均电场强度是否满足跃变条件，若满足则停止计算，输出计算结果；若不满足，则t＝t+Δt，若t>t
max
，则计算停止；若t小于或等于t
max
，且先导发展速度υ
L
＝0，执行步骤4)；若υ
L
>0，重复执行步骤4)和5)。10.一种对线路上行先导起始和发展过程模拟的系统，所述系统包括：起始条件确定单元，确定直流输电线路在电晕空间电荷作用时的线路上行先导起始条件；发展模型确定单元，确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖凤女，贺子鸣，时卫东，王森，
申请(专利权)人：国网陕西省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：