基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法

2023-12-08 19:26:31

專利名稱：基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法
技術領域：
本發明涉及一種基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法，屬於輸電線路雷電防護領域。
背景技術：
輸電線路的雷電繞擊分析方法主要有規程法、電氣幾何模型、先導發展模型等。各國學者根據實際運行經驗和模擬試驗結果總結出繞擊率經驗公式，認為繞擊率與地線保護角、杆塔高度以及沿輸電線路的地形地貌條件有關。規程法沒有考慮雷電發展過程，物理意義不明確；規程法沒有考慮雷電流幅值等對屏蔽效果的影響，不能反映具體線路的特點，無法合理地解釋屏蔽失效現象。20世紀60年代提出了電氣幾何模型(Electrogeometric Model, EGM)。電氣幾何模型將輸電線路雷電繞擊問題的分析與輸電線路結構尺寸聯繫起來，是一種幾何分析模型。電氣幾何模型是目前使用比較廣泛的一種輸電線路繞擊分析方法，多數情況下計算結果與實際運行經驗比較吻合。但電氣幾何模型的擊距公式缺乏普適性，許多研究者根據各自的運行數據提出了不同的擊距公式，根據不同的擊距公式計算得到的繞擊率相差較大，而且電氣幾何模型難以處理輸電線路運行電壓的影響問題。理論上，電氣幾何模型的擊距公式只適用於特定地區的輸電線路。20世紀末，許多研究者根據雷電發展過程和長空氣間隙放電的相似性，通過試驗方法對輸電線路雷擊過程進行研究。Dellera和Garbagnati在1990年提出雷擊輸電線路的先導發展模型(Leader Progression Model,LPM)。先導發展模型對雷電下行先導、上行先導起始條件進行簡單建模，但是沒有提出完整的、可實現的雷電發展模型。無論採用那種方法，傳統輸電線路雷擊分析方法沒有深入考察局部地形的影響，僅僅區分山區與平原，往往導致評估與運行結果出入較大；傳統輸電線路雷擊分析方法沒有在考慮輸電線路結構及地形影響下對輸電線路的雷擊過程進行詳細的三維建模分析。

發明內容
本發明的目的是提出一種基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法，利用現有的相對成熟的參數對雷擊過程建模，綜合考慮輸電線路結構、輸電線路運行電壓、地形、雷雲電荷等因素對雷電發展過程的影響，對雷電下行先導、上行先導的發展進行模擬，得到雷電擊中的位置。本發明提出的基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法，包括以下各步驟
(I)確定一個水平正方形區域，作為輸電線路下方地面雷擊計算範圍，該水平正方形區域的中心為O'、邊長為D，建立一個三維直角坐標系(X、Y、Z)，三維直角坐標系的原點為O, X軸為正東方向，Y軸為正南方向，Z軸為垂直水平面方向向上,坐標系原點O位於上述地面雷擊計算範圍內最低點所在的水平面上，且O' O垂直於水平面；將上述地面雷擊計算範圍的地形表面劃分為N個三角形，定義各三角形的重心Au為地表匹配點，重心Au的坐標記為(Xu, Yu, Zu), u = I, 2, . . . , N ；(2)將輸電線路中各導線分別劃分為W。段，各地線分別劃分為Wg段，每段導線和地線的中心位置的上表面為導線匹配點和地線匹配點，設輸電線路中第i根導線表面的第s個導線匹配點Acd s在上述三維直角坐標系中的位置為(Xcd s，Yci s, Zci s)第j根地線表面第t個地線匹配點Agj t在上述三維直角坐標系中的位置為(Xgj t，Ygj t, Zgj t)，其中，下標c表示導線，下標g表示地線，i = 1,2, . . . , N。，N。為輸電線路中導線的數量，]=1,2,...,Ng, Ng為輸電線路中地線的數量，s = 1,2, . . . , Wc, t = 1,2, . . . , Wg ；(3)設雷電下行先導在上述三維直角坐標系中的起始位置為(XdOTn，Ydown, zd_)，其中Zd_為設定的雷雲高度，雷電下行先導中電荷線密度qd_為qdown = 38 X IO^6I273其中I為根據統計數據設定的雷電流峰值，單位為千安；設雷電下行先導的初始長度為Ld_，方向為沿上述三維直角坐標系中的Z軸向下，記雷雲電荷平均分布在高度為Zd_、圓心為上述雷電下行先導的起始位置(Xd_，Ydown,ZdoJ、直徑為dd(Md的圓形區域Sdtjud內，雷雲總電荷量為Qdtjud ；(4)根據步驟(3)設定的雷雲電荷的分布位置和電荷量以及雷電下行先導的起始位置、初始長度和雷電下行先導中電荷線密度，計算地表匹配點、導線匹配點和地線匹配點的電壓如下第i根導線的第s個匹配點Aei s的電壓」為
權利要求
1.一種基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法，其特徵在於該方法包括以下各步驟 (1)確定一個水平正方形區域，作為輸電線路下方地面雷擊計算範圍，該水平正方形區域的中心為(V、邊長為D，建立一個三維直角坐標系(X、Y、Z)，三維直角坐標系的原點為O，X軸為正東方向，Y軸為正南方向，Z軸為垂直水平面方向向上，坐標系原點O位於上述地面雷擊計算範圍內最低點所在的水平面上，且O' O垂直於水平面；將上述地面雷擊計算範圍的地形表面劃分為N個三角形，定義各三角形的重心Au為地表匹配點，重心Au的坐標記為(Xu, Yu, Zu), u = I, 2, . . . , N ； (2)將輸電線路中各導線分別劃分為W。段，各地線分別劃分為Wg段，每段導線和地線的中心位置的上表面為導線匹配點和地線匹配點，設輸電線路中第i根導線表面的第s個導線匹配點Acd s在上述三維直角坐標系中的位置為(Xcd s，Yci s, Zci s)第j根地線表面第t個地線匹配點Agj t在上述三維直角坐標系中的位置為(Xgj s，Ygj t, Zgj t)，其中，下標c表示導線，下標g表示地線，i = 1,2, . . . , N。，N。為輸電線路中導線的數量，i = l,2,..., Ng, Ng為輸電線路中地線的數量，s = 1,2,... ,Wc, t= 1,2,...,ffg； (3)設雷電下行先導在上述三維直角坐標系中的起始位置為(Xd_，Ydown,Zd_)，其中Zdown為設定的雷雲高度，雷電下行先導中電荷線密度qd_為 Qdown = 38 X IO-6I273 其中I為根據統計數據設定的雷電流峰值，單位為千安； 設雷電下行先導的初始長度為Ld_，方向為沿上述三維直角坐標系中的Z軸向下，記雷雲電荷平均分布在高度為Zd_、圓心為上述雷電下行先導的起始位置(Xd_，Ydown, Zd_)、直徑為Cldtjud的圓形區域Sdtjud內，雷Z 總電荷量為Qcioud ； (4)根據步驟(3)設定的雷雲電荷的分布位置和電荷量以及雷電下行先導的起始位置、初始長度和雷電下行先導中電荷線密度，計算地表匹配點、導線匹配點和地線匹配點的電壓如下 第i根導線的第s個匹配點Acd s的電壓」為
全文摘要
本發明涉及一種基於輸電線路結構及地形的輸電線路三維雷擊計算方法，屬於輸電線路雷電防護領域。本發明方法利用現有的相對成熟的參數對雷擊過程建模，綜合考慮輸電線路結構、輸電線路運行電壓、地形、雷雲電荷等因素對雷電發展過程的影響，對雷電下行先導、上行先導的發展進行模擬，得到雷電擊中的位置。本發明方法計算得到的雷擊過程更加符合實際雷擊情況，因此當用於計算實際工程的雷擊跳閘率時，提高了實際工程中輸電線路雷擊跳閘分析的準確度；本發明方法能夠計算各種地形上的輸電線路的雷擊過程，使本發明的計算適用範圍更廣。
文檔編號G01R29/08GK102628913SQ20121010155
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月9日 優先權日2012年4月9日
發明者何金良, 餘佔清, 莊池傑, 廖永力, 曾嶸, 李志釗, 李謙, 沈曉麗, 袁駿 申請人:清華大學