對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法
2023-09-19 06:54:45
專利名稱：對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法
技術領域：
本發明涉及一種對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，尤其涉及超、特高壓輸電 線路和變電站的防雷性能測試，屬於電工領域防雷技術。
背景技術：
，
雷電是自然界經常發生的一種大氣放電現象。它對電力系統的運行造成重大影響。當
較強的雷電雷擊輸電線路時，線路一般會發生跳閘從而引起停電事故。隨著電力系統電壓
等級的提高，輸電線路的高度越來越高，從而越容易發生雷擊輸電線路導線的事故，這在
電力系統中稱雷擊。雷擊輸電線路分反擊和繞擊兩種情況，當雷擊避雷線和鐵i獸引起線路 跳閘時，稱反擊；當雷擊導線引起跳閘時，稱繞擊。 一般情況下，繞擊比反擊更容易引起 線路跳閘。因此，在線路設計時， 一般希望繞擊率(繞擊次數/總雷擊次數)低一些，這 樣可以降低雷擊跳閘率。
對應反擊和繞擊，有兩個描述線路防雷性能的參數，稱反擊跳閘率和繞擊跳閘率。一 般採用規程法和電氣幾何模型來測試輸電線路的雷擊跳閘率。這些方法在應用於實際問題 分析時，或多或少存在一些問題，輸電線路的實際繞擊率比上述方法更高，因此現有理論 不能解釋輸電線路的繞擊問題。特別是近幾年超高壓、特高壓線路出現以後，隨著電壓等 級的提高，輸電線路杆塔越來越高，而杆塔越高，線路越容易發生繞擊。傳統的兩種方法 更是無法解釋超、特高壓線路實際繞擊率偏高的問題。
發明內容
本發明的目的是對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，用已有的分形理論描述雷 電的雷擊過程，顯現自然界雷電放電通道的扭曲和多分支現象，以測試相關的防雷性能參 數。
本發明提出的對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，包括以下步驟 (1)計算每次放電通道向i方向的發展概率A:
其中，《為i方向的電場強度，採用有限差分法(Finite Difference Method)通過
求解帶邊界條件的電位拉普拉斯v P-u方程得到，"為周圍大氣電場對雷電路徑的影響
因子，在0-5之間；
(2) 重複步驟(1)，雷電先導向前發展，得到放電通道；
(3) 分別if算雷電擊到導線、避雷線和鐵塔的次數；
(4) 根據雷擊導線次數/總雷擊次數，得到繞擊率；
(5) 根據雷擊鐵塔次數/總雷擊次數，得到反擊率。
本發明提出的對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，其優點是用分形理論描述雷 電的雷擊過程，更符合雷擊的實際情況。通過改變分形中的參數，改變雷擊通道的形狀和 扭曲程度，確定雷擊線路時的落雷點，從而得到輸電線路的雷電繞擊率。計算表明，採用 本發明的方法計算輸電線路，特別是超、特高壓線路的繞擊率，比傳統的規程法和電氣幾 何模型更接近於實際運行結果。
圖l是輸電線路示意圖。
圖2是雷電先導接近地面時的狀態圖。
具體實施例方式
本發明提出的對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，包括以下步驟
(1) 計算每次放電通道向i方向的發展概率屍;
其中，《為i方向的電場強度，採用有限差分法(Finite Difference Method)通過
求解帶邊界條件的電位拉普拉斯7^ =方程得到，"為周圍大氣電場對雷電路徑的影響 因子，在0-5之間；
(2) 重複步驟(1)，雷電先導向前發展，得到放電通道；
(3) 分別計算雷電擊到導線、避雷線和鐵塔的次數；
(4) 根據雷擊導線次數/總雷擊次數，得到繞擊率；
(5) 根據雷擊鐵塔次數/總雷擊次數，得到反擊率。
本發明將分形理論引入雷電放電的模擬，更好地顯示了雷電放電通道的扭曲和分叉現 象。通過改變分形係數，可以描述不同扭曲度和不同分支的雷電放電現象。
在此基礎上，應用本方法於實際輸電線路的雷擊分析。本發明方法的原理如下用分形理論來描述雷電放電的通道，每次放電的發展方向由 以下表達式決定formula see original document page 5式中，屍'為放電通道向i方向的發展概率，^;為i方向的電場強度，通過求解帶邊界條件的電位拉普拉斯(Laplace) 7> =方程得到，"為周圍大氣電場對雷電路徑的影響因子， 在0-5之間。通過改變分形表達式中的影響因子(改因子表徵雷雲引起的周圍大氣電場對雷電路徑 的影響程度)，可以改變雷電放電通道的扭曲度和分叉情況，實際取值時可以根據觀察並 計算實際放電照片的分形維數來確定。用這一方法研究雷擊輸電線路的情況，思路是根 據邊界條件，如雷雲的電位，用有限差分法(Finite Difference Method)求解Laplace 方程，得到各方向的電場強度，然後根據公式(1)確定放電先導發展方向，這樣， 一步 一步向前發展，得到圖2所示放電通道。當雷電通道離地面較高時，地面上的情況不影響 雷電通道的發展，而當雷電先導頭部接近地面時，地面上不同高度、不同接地狀況的物體 將影響雷電先導的發展方向，地面上某個物體與先導頭部之間的電場達到大氣擊穿場強 時，此時雷擊該物體的事件就發生了，從而這次雷擊的地面雷擊點也就確定了。將上述過 程應用於輸電線路，特別是超、特高壓輸電線路的雷擊過程，就可以確定雷擊於鐵塔、地 面，還是雷擊於導線、避雷線。通過數百次的計算，就可以分析雷擊該線路時繞擊率的大 小，從而可以改進鐵塔形狀，從而降低繞擊率。本發明方法採用分形理論模擬雷電的放電過程，並把這一方法應用於超、特高壓線路 的繞擊率和繞擊跳閘率等性能參數計算；通過改變分形中的一些因子改變雷電放電通道的複雜性。採用本發明方法可以測試不同輸電線路的防雷效果，所得結果比傳統的規程法和 電氣幾何模型更接近於實際運行結果。作為一個例子，本發明對圖1所示的高為h=30m的鐵塔進行了計算，假設雷雲高度 H=300m。圖2為雷電先導接近地面時的情況。結果如下總共模擬了100次雷擊，其中有 25次雷擊鐵塔，65次雷擊避雷線，IO次雷擊導線，從而得到該線路的繞擊發生率=雷擊導 線次數/總雷擊次數=10/100=10%，通過對整個線路雷擊次數的計算，就可以得到該線路的 繞擊跳閘率。
權利要求
1、 一種對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，其特徵在於方法包括以下步驟-(1) 計算每次放電通道向i方向的發展概率A《=其中，A為i方向的電場強度，釆用有限差分法(Finite Difference Method)通過求解帶邊界條件的電位拉普拉斯7^ =方程得到，"為周圍大氣電場對雷電路徑的影響 因子，在0-5之間；(2) 重複步驟(1)，雷電先導向前發展，得到放電通道；(3) 分別計算雷電擊到導線、避雷線和鐵塔的次數；(4) 根據雷擊導線次數/總雷擊次數，得到繞擊率；(5) 根據雷擊鐵塔次數/總雷擊次數，得到反擊率。
全文摘要
本發明涉及對高壓輸電系統防雷性能參數的測試方法，屬於電工領域防雷技術。首先計算每次放電通道向i方向的發展概率Pi，重複上述計算，雷電先導向前發展，得到放電通道；分別計算雷電擊到導線、避雷線和鐵塔的次數；根據雷擊導線次數/總雷擊次數和雷擊鐵塔次數/總雷擊次數，得到繞擊率和反擊率。計算表明，採用本發明的方法計算輸電線路，特別是超、特高壓線路的繞擊率，比傳統的規程法和電氣幾何模型更接近於實際運行結果。
文檔編號G01R31/00GK101122623SQ20071012178
公開日2008年2月13日 申請日期2007年9月14日 優先權日2007年9月14日
發明者何金良, 偉 徐, 陳水明 申請人:清華大學