【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于低压电力线路故障识别分析，具体涉及一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法和装置。
技术介绍
1、近年来，随着极端高温干旱天气事件的频繁发生，世界范围内重大森林火灾经常发生，给人类生命健康、自然生态资源等造成了严重破坏。这些火灾的发生，有些与电力线路故障相关，除了10kv及以上电压等级配电线路在特定的外界环境条件和特定的故障条件下存在导致山火的可能以外，国内外一些事故案例表明，低压电力线路发生故障，在某些情况下也可能引发森林火灾、人身触电事故或用户停电事件。而国内有些地区竹子资源丰富，山区居民居住分散，低压电力线路不可避免地大量穿越竹林，竹线矛盾非常突出。但是，目前对低压线路故障引发森林火灾、人身触电事故或停电事件，如对竹子与单相导线触碰故障(以下简称竹线触碰故障)引发火灾、人身触电或台区停电的可能性和规律认识并不清楚，对其可能产生的危害和故障检测技术并没有掌握，对如何设置低压剩余电流保护也缺乏科学依据，一个很重要的原因就是未建立低压电力线路竹线触碰故障阻抗模型，缺乏对低压电力线路竹线触碰故障阻抗和故障电流变化的定量认识，制约了低压电力线路竹线触碰故障检测识别技术的发展和低压线路安全运行风险的控制，最终可能导致森林火灾、人身触电事故或台区频繁停电事件，危害了公共安全，也对供电可靠性带来了负面影响。
2、目前，对低压电力线路竹线触碰故障研究很少，未见有关于低压220v电压作用下竹线触碰故障阻抗模型的报道。现有树木-导线触碰故障(以下简称树线触碰故障)均是针对10kv及以上电压等级。值得注意的是，10kv电
3、(1)低压电力线路单相导线与竹子发生触碰故障，当竹子较长(长度≥1m)、天气较干旱时，由于电压低、阻抗较大，流经竹子的泄漏电流小，竹子温升相对较小，温升速率相对较慢，竹子-导线触碰点电弧放电和远离触碰点处植被温升效应均可忽略。此时，故障阻抗由竹子-导线触碰电阻、有电流流过的竹子本体部位对应的阻抗、竹子根系与大地之间的触碰电阻三部分构成。
4、(2)而对于10kv及以上电压等级电力线路与树竹触碰时，触碰点会产生剧烈的电弧放电、触碰点碳化、树竹枝干碳化、植被快速显著温升等，以及由温升带来的植被水分大量蒸发散失、火焰和电弧交互作用等等多种复杂的作用，这些作用均会对故障阻抗带来显著影响。
5、因此，低压电力线路中竹线触碰故障与高压电力线路中有本质区别，现有方法或模型并不适用。
技术实现思路
1、为了解决现有针对高压电力线路树线触碰故障阻抗分析技术不适用于低压电力线路中竹线触碰故障检测识别的问题，本专利技术提供了一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法和装置，本专利技术通过电磁场有限元仿真计算，实现了竹线触碰故障时竹子介质电场分布、电荷密度分布不均匀性的定量表征，进而实现了竹子体内不均匀分布电流的计算，建立故障阻抗模型，为低压电力线路竹线触碰故障分析、检测识别和防护提供了科学有效的技术支撑。
2、本专利技术通过下述技术方案实现：
3、一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，所述建模方法包括：
4、根据竹子和导线的尺寸，建立圆柱坐标系中竹线触碰故障三维结构模型；
5、通过有限元法，划分网格，并赋予材料的特性参数，建立有限元仿真计算模型；
6、利用所述有限元仿真计算模型，进行电场强度分布计算，得到竹子介质电场强度的分布，并计算得到竹子体内泄漏电流；
7、计算有泄漏电流流过的竹子本体部位对应的阻抗；
8、计算导线和竹子触碰点处接触电阻；
9、将有泄漏电流流过的竹子本体部位对应的阻抗与接触电阻相加，即得到低压电力线路竹线触碰故障阻抗模型。
10、由于低压电力线路中竹线触碰故障与高压电力线路中有本质区别，因此现有针对高压电力线路树/竹线触碰故障阻抗研究的技术并不适用于低压电力线路中竹线触碰故障分析、故障检测识别以及防护等。而本专利技术提出的建模方法首先建立了竹线触碰故障物理结构模型和有限元仿真计算模型，基于此模型，从竹线触碰故障现象背后的实际物理过程和电磁场理论出发，通过数值计算的方法得出电场强度、电流密度沿竹子不均匀分布的特性，获得与实际情况更加相符的故障阻抗；本专利技术基于低压电力线路竹线触碰故障阻抗模型，不需要再进行试验测量，即可计算得出给定尺寸和含水率等条件下的阻抗值，为低压电力线路剩余电流保护定值设置、低压电力线路继电保护评估提供支撑，最终为防治低压电力线路故障引发森林火灾、防止人身触电事故和治理台区频繁停电提供更加准确可靠的技术支撑。
11、作为优选实施方式，本专利技术的圆柱坐标系中，r,θ,z分别表示圆柱坐标系中三个坐标轴方向的变量，原点为竹子和导线触碰点处圆柱圆心的位置，r表示半径，θ表示角度，z表高度；
12、建立的竹线触碰故障三维结构模型中，导线与竹子垂直触碰，触碰点为a，导线与竹子触碰点处竹子半径为rh，地面根部处竹子半径为rgrd，竹子壁厚为tbam，导线与竹子触碰点处竹子长度为h；
13、在地面处和导线与竹子触碰点处，电位满足边界条件：
14、z＝h，r＝rgrd时，
15、z＝0，r＝rh，θ＝90°时，
16、作为优选实施方式，本专利技术的通过有限元法，划分网格，并赋予材料的特性参数，具体包括：
17、在竹子中空部分内填充空气介质，在竹子外部填充空气介质，且空气介质尺寸远大于竹子尺寸；
18、对竹子及内外部空气介质构成的整体，通过有限元法划分网格；
19、然后对竹子、导线及各层空气介质，赋予材料的特性参数，包括电导率和介电常数。
20、作为优选实施方式，本专利技术的建模方法根据竹子介质电场强度的分布，得到竹子体内的电流体密度分布为：
21、
22、其中，为竹子介质电场强度的分布，σbam为竹子的电导率，为竹子体内的电流体密度分布；
23、由电流体密度分布沿竹子圆柱表面积分，得到流过竹子介质的总电流：
24、
25、其中，s表示自z＝0～z＝h之间的竹子圆柱表面。
26、作为优选实施方式，本专利技术的有泄漏电流流过的竹子本体部位对应的阻抗表示为：
27、
28、rbam为有泄漏电流流过的竹子本体部位对应的阻抗，该阻抗是半径rh、rgrd、壁厚tbam、长度h、电导率σbam、介电常数εbam的函数。
29、作为优选实施方式，本专利技术的接触阻抗计算过程具体包括：
30、对同一棵竹子，仅改变触碰点高度，取一系列触碰高度值hi，并得到相对应的导线与竹子触碰点处竹子半径rhi，其他条件和参数均不变，进行低压电力线路竹线触碰故障试验，测量试验过程中的泄漏电流大小imeai，得到一系列离散的值
【技术保护点】
1.一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，所述圆柱坐标系中，r,θ,z分别表示圆柱坐标系中三个坐标轴方向的变量，原点为竹子和导线触碰点处圆柱圆心的位置，r表示半径，θ表示角度，z表高度；
3.根据权利要求1所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，通过有限元法，划分网格，并赋予材料的特性参数，具体包括：
4.根据权利要求2所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，根据竹子介质电场强度的分布，得到竹子体内的电流体密度分布为：
5.根据权利要求2所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，有泄漏电流流过的竹子本体部位对应的阻抗表示为：
6.根据权利要求5所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，接触阻抗计算过程具体包括：
7.根据权利要求6所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，建立的低压电力线路竹线触碰故障阻抗
8.根据权利要求6所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，接触阻抗计算过程，取的触碰高度值不少于10个。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，所述建模方法还包括：
10.一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模装置，其特征在于，所述建模装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，所述建模方法包括：
2.根据权利要求1所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，所述圆柱坐标系中，r,θ,z分别表示圆柱坐标系中三个坐标轴方向的变量，原点为竹子和导线触碰点处圆柱圆心的位置，r表示半径，θ表示角度，z表高度；
3.根据权利要求1所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，通过有限元法，划分网格，并赋予材料的特性参数，具体包括：
4.根据权利要求2所述的一种低压电力线路竹线触碰故障阻抗建模方法，其特征在于，根据竹子介质电场强度的分布，得到竹子体内的电流体密度分布为：
5.根据权利要求2所述的一种低压电力线路竹线触碰故障...
【专利技术属性】
技术研发人员：宁鑫，熊嘉宇，张华，李巍巍，雷潇，吴驰，罗洋，
申请(专利权)人：国网四川省电力公司电力科学研究院，
类型：发明
国别省市：
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