基於電氣幾何模型輸電線路雷電繞擊的雷電擊距及其確定的方法
2023-05-03 08:02:51 2
專利名稱：基於電氣幾何模型輸電線路雷電繞擊的雷電擊距及其確定的方法
技術領域：
本發明屬於高壓輸電線路防雷技術領域，特別涉及高壓輸電桿塔的防雷設計
背景技術：
隨著經濟的發展，對電力系統可靠性的要求越來越高。中國與其他國家的統計數據表明，雷擊是影響輸電線路可靠性最重要的因素，根據運行經驗，超高壓、特高壓輸電線路的繞擊問題是電力故障的主要原因，因此，如何更精確地計算高壓輸電線路的繞擊是一個新的研究課題。
電氣幾何模型(EGM)在1945年被提出，1950年EGM首次被用來對345kV輸電線路的繞擊問題進行分析，得到輸電線路的繞擊率，從而對輸電線路的設計進行指導，降低輸電線路的雷擊的跳率，保證輸電線路的安全運行。
電氣幾何模型中最核心的部分是怎樣確定雷電擊距，雷電擊距越大，雷擊可能性越大。EGM確定輸電線路雷電繞擊的雷電擊距rs的方法為 rS＝aIb 其中a和b是經驗常數，I為雷電流，其單位為千安培(KA)。
這種方法只是考慮了雷電的因數，沒有考慮輸電線路對於繞擊的影響。研究者對a和b的取值有不同的建議，IEEE建議，a＝10，b＝0.65。傳統的電氣幾何模型的基礎是實際運行經驗，由於不同地區的自然地理條件不同，運行經驗差別也很大，不具有普遍適用性。實際運行經驗表明，根據傳統方法得到的雷電擊距進行高壓線路設計(尤其特高壓直流線路)，線路雷電跳閘率偏高，對線路運行產生很大的影響。
發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種基於電氣幾何模型確定輸電線路雷電繞擊擊距的方法，本方法確定的雷電擊距考慮了導線高度和導線電壓的影響，結果更加符合物理實際，可以根據具體線路的導線參數和導線電壓而進行又針對性地設計，降低輸電線路的雷擊的跳率，保證能夠輸電線路的安全運行。
本發明提出的基於電氣幾何模型輸電線路雷電繞擊雷電擊距Dsv(I，h，V)為 Dsv(I，h，V)＝(-0.0004I2+0.22I)h0.625ebV 其中I為雷電流，單位為千安培(KA)；h為水平導線高度；V為水平導線電壓。
本發明提出的上述基於電氣幾何模型輸電線路雷電繞擊的雷電擊距的確定方法，包括以下步驟 1)對每個水平導線高度h，估計雷電擊距的二次多項式 Ds＝AI2+BI+C 係數A，B，C組成了一組n個與水平導線高度有關的多項式； 2)通過係數A，B，C與水平導線高度之間的關係，可以得到與水平導線高度相關的雷電擊距D(I，h)的方程 Ds(I，h)＝AI2+BI+C 其中，I為雷電流，其單位為千安培(KA)、h為水平導線高度，係數A，B，C確定如下 A＝-0.0004h0.625 B＝0.22h0.625 C＝0.0 3)考慮水平導線電壓對於雷電擊距的影響，當水平導線上電壓在-1MV到+1MV之間，雷電流在200kA以內時，通過模擬仿真，得到不同電壓下雷電擊距的修正係數kv＝ebV，其中對正極性雷電流b＝-0.0003，對負極性雷電流b＝0.0003。
4)最後得到雷電擊距Dsv(I，h，V) Dsv(I，h，V)＝Ds(I，h)kv＝(-0.0004I2+0.22I)h0.625ebV 式中係數如下給出kv＝ebV，其中對正極性雷電流b＝-0.0003，對負極性雷電流b＝0.0003。
本發明的原理 依據云層電荷的極性，雷電可分為正極性雷電和負極性雷電，據統計絕大多數的雷電是負極性的。高壓直流線路導線的極性對雷擊特性有很大的影響，以負極性雷電為例，雷電先導的負極性電荷和水平導線上的正極性電壓增大了間隙電壓，雷電先導的負極性電荷和水平導線上的負極性電壓減小了水平導線周圍的間隙電壓，所以正極性導線遭受負極性雷電的概率遠大於負極性導線。實際的運行經驗表明，高壓直流輸電線路正極導線側繞擊次數遠大於負極導線側。既然輸電線路導線的極性對雷擊特性有很大的影響，在計算雷電擊距時有必要考慮線路導線電壓的因素。
本發明的特點及有益效果 本發明提出一種基於電氣幾何模型確定輸電線路雷電繞擊擊距的方法，本方法確定的雷電擊距考慮了導線高度和導線電壓的影響，結果更加符合物理實際，可以根據具體線路的導線參數和導線電壓而進行又針對性地設計，降低輸電線路的雷擊的跳率，保證能夠輸電線路的安全運行
具體實施例方式 本發明提出的基於電氣幾何模型確定輸電線路雷電繞擊的雷電擊距的方法，結合實施例說明如下 實施例 以特高壓直流±800kV輸電線路為例，導線高度為50m，負極性雷電流取50KA， 用本發明方法 Dsv(I，h，V)＝(-0.0004I2+0.22I)h0.625ebV 正極性導線，h＝50，I＝50，b＝0.0003，V＝800， 負極性導線，h＝50，I＝50，b＝0.0003，V＝-800 代入公式得到正極性導線雷電擊距為得到正極性導線雷電擊距為162.70m，負極性導線雷電擊距為100.70m。
用IIEEE的建議公式可以得到雷電擊距為127.15m。
實際的運行經驗表明，用傳統方法設計高壓直流輸電線路正極導線側繞擊次數遠大於負極導線側，且線路雷擊跳閘率較高。根據本發明，正極性導線雷電擊距明顯大於負極性導線，正極性導線側的雷擊跳閘率也就會高於負極性側導線，這與實際運行結果更加符合。
權利要求
1、一種基於電氣幾何模型輸電線路雷電繞擊雷電擊距Dsv(I，h，V)為Dsv(I，h，V)＝(-0.0004I2+0.22I)h0.625ebV
其中I為雷電流，單位為千安培(KA)；h為水平導線高度；V為水平導線電壓。
2、如權利要求1所述雷電擊距的確定方法，包括以下步驟
1)對每個水平導線高度h，估計雷電擊距的二次多項式
Ds＝AI2+BI+C
係數A，B，C組成了一組n個與水平導線高度有關的多項式；
2)通過係數A，B，C與水平導線高度之間的關係，可以得到與水平導線高度相關的雷電擊距D(I，h)的方程
Ds(I，h)＝AI2+BI+C
其中，I為雷電流，其單位為千安培(KA)、h為水平導線高度，係數A，B，C確定如下
A＝-0.0004h0.625
B＝0.22h0.625
C＝0.0
3)考慮水平導線電壓對於雷電擊距的影響，當水平導線上電壓在-1MV到+1MV之間，雷電流在200kA以內時，通過模擬仿真，得到不同電壓下雷電擊距的修正係數kv＝ebV，其中對正極性雷電流b＝-0.0003，對負極性雷電流b＝0.0003；
4)最後得到雷電擊距Dsv(I，h，V)
Dsv(I，h，V)＝Ds(I，h)kv＝(-0.0004I2+0.22I)h0.625ebV
式中係數如下給出kv＝ebV，其中對正極性雷電流b＝-0.0003，對負極性雷電流b＝0.0003。
全文摘要
本發明涉及基於電氣幾何模型輸電線路雷電繞擊的雷電擊距及其確定的方法，屬於高壓輸電線路防雷技術領域，本發明提出的雷電擊距Dsv(I，h，V)為Dsv(I，h，V)＝(-0.0004I2+0.22I)h0.625ebV；其中I為雷電流，單位為千安培(KA)；h為水平導線高度；V為水平導線電壓。該雷電擊距的確定方法，包括對每個水平導線高度h，估計雷電擊距的二次多項式；並得到與水平導線高度相關的雷電擊距D(I，h)的方程；當水平導線上電壓在-1MV到+1MV之間，雷電流在200kA以內時，通過模擬仿真，得到不同電壓下雷電擊距的修正係數kv＝ebV，最後得到雷電擊距Dsv(I，h，V)。本方法確定的雷電擊距更加符合物理實際，可以降低輸電線路的雷擊的跳率，保證能夠輸電線路的安全運行。
文檔編號G01R31/00GK101320066SQ20081010494
公開日2008年12月10日 申請日期2008年4月25日 優先權日2008年4月25日
發明者默罕默德·那耶爾, 傑 趙, 何金良, 蔡宗遠, 琦 王, 嶸 曾 申請人:南方電網技術研究中心, 清華大學