专利名称：500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法
技术领域：
本发明涉及电网输电线设计领域，特别是涉及500kV同塔四回路输电线雷击跳闸
率仿真方法。
背景技术：
随着经济社会的发展，社会对电能的需求日趋增加，但是土地资源的持续开发却导致可供电网建设的输电走廊日益变得稀缺。为此，将四回500kV输电线路同塔架设，节约宝贵的土地资源，成为电网建设必然的趋势，同时也带来了一些新的亟待解决的问题，其中之一就是对雷击跳闸率的准确预估。 以500kV同塔四回输电线路为例，如果绝缘配置过高，则造成塔头间隙过大，增大线路的造价(如多配置一片绝缘子，线路综合造价增加约8. 8万元/km);若绝缘配置过低，则线路投运后的跳闸率偏高，不利于线路的安全运行及整个电网的安全稳定性。目前普遍使用的是电力行业标准DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》推荐的输电线路雷击跳闸率计算，其计算方法主要是基于杆塔较矮的单回线路运行情况总结出来的经验公式，难于保证输电线路雷击跳闸率计算的准确性，影响电网的安全性和供电可靠性。

发明内容
本发明的目的在于提出500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，可以准确计算输电线路雷击跳闸率，提高电网的安全性和供电可靠性。500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，包括步骤获取杆塔信息；其中，所述杆塔信息包括横担高度、塔身等效半径、横担宽度；根据所述杆塔信息建立杆塔多波阻抗模型；建立基于EPRI先导模型的绝缘子闪络判据模型；根据所述杆塔多波阻抗模型和所述绝缘子闪络判据模型，建立输电线路耐雷水平仿真模型；在所述输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角以及模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的雷击跳闸率；其中，所述雷击跳闸率包括反击跳闸率和绕击跳闸率。本发明提出的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，通过获取杆塔的横担信息和塔身信息，建立杆塔多波阻抗模型；再根据基于EPRI先导模型的绝缘子闪络判据模型，建立输电线路耐雷水平仿真模型；在输电线路耐雷水平仿真模型中，调整输入的电源相角，以及调整输入的模拟的雷电流幅值；根据调整结果获取各个回路输电线的雷击跳闸率；相对于现有的等效电感模型及单一波阻抗模型，本发明建立的杆塔多波阻抗模型可以考虑雷电波在杆塔上的传播过程及传播畸变，并可考虑铁塔不同组件对传播过程及畸变的影响；这样建立的输电线路耐雷水平仿真模型，将更加真实的反应现实状况，由此可以准确计算输电线路雷击跳闸率，提高电网的安全性和供电可靠性。


图I为本发明方法的一个实施例流程图；图2为本发明中建立的输电线路耐雷水平仿真模型的一个结构示意图。
具体实施例方式为便于理解本发明，下面将结合附图进行说明。本发明提出500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，请参考图1，具体包括步骤SI、获取杆塔信息；其中，杆塔信息包括横担高度、塔身等效半径、横担宽度；S2、根据杆塔信息建立杆塔多波阻抗模型；多波阻抗模型将杆塔分为塔身、横担、支架等三部分组成，均用波阻抗表示，为精确计算，每部分又根据对地高度、塔材尺寸、几何形状的不同进一步细化为多段波阻抗；其中，根据杆塔信息建立杆塔多波阻抗模型的步骤可以包括以下步骤S201、根据杆塔信息，计算杆塔横担的波阻抗、塔身波阻抗、避雷线支架波阻抗；以及根据模拟的雷电流获取雷电通道波阻抗；

具体包括以下步骤a、根据横担高度、塔身等效半径计算塔身波阻抗；b、根据横担高度和横担宽度计算杆塔横担的波阻抗；在其中一个实施方式中，以三层横担的500kV同塔四回路杆塔为例，塔身波阻抗的计算公式如下
(2J7 h I塔身波阻抗Zw= 60 In——'2 — 2 (k = 1,2,3)
VJ式中hk为横担高度；rek为塔身的等效半径。杆塔横担波阻抗计算公式
(2h I杆塔横担波阻抗Ztt=60xln (k = 1,2,3)
V rAk J式中rAk为横担宽度。C、对地线支架，一般呈斜柱体布置，近似用避雷线支架在水平投影的横担波阻抗，与垂直投影的直柱波阻抗的均方根值，来表示避雷线支架波阻抗。d、根据如下公式计算雷电通道波阻抗= 230Ge5.44 + 600em-7 +118 * 1为模拟的雷电流；Z为雷电通道波阻抗；S202、根据杆塔横担的波阻抗、塔身波阻抗、避雷线支架波阻抗以及雷电通道波阻抗，建立杆塔多波阻抗模型。S3、建立基于 EPRI (Electric Power Research Institute,美国电力研究协会)先导模型的绝缘子闪络判据模型；线路绝缘在雷过电压波的作用下，什么时候发生闪络，也就是绝缘闪络判据的问题，对杆塔的耐雷水平和跳闸率的计算有很大影响，尤其在计算同塔多回线路的雷击导致多相相继闪络时，对闪络相和闪络时间的判断会大大影响对第二回及其它回路的后续闪络判断。近年来，随着科学技术的发展和高速照相机的广泛应用，基于雷电观测和长间隙放电的研究成果，人们对长空气间隙放电过程的研究也越来越深入，先导法即是在此基础上提出和发展的。它以实验为依据，模拟雷电发展的物理过程，明确的分析了空气间隙击穿的过程。因此，在对空气间隙的击穿描述和计算上，该方法有着坚实的实验与理论物理基础。长空气间隙中(即空气间隙长于Im)的放电物理过程包括三个连续的阶段电晕起始(ti)、流柱传播(ts)和先导传播(tl)。击穿过程可以描述为当施加到空气间隙上的电压超过电晕起始电压，流柱开始传播，如果电压保持足够高，经过时间ts后，流注贯穿整个间隙。随后先导快速发展，如果先导贯穿了间隙或者两个先导相遇就出现了击穿。由于先导法充分考虑间隙上先导的发展过程，因此可以确切的判断雷击时绝缘的闪络情况。其中，先导发展过程可用如下公式描述
权利要求
1.500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于，包括步骤 获取杆塔信息；其中，所述杆塔信息包括横担高度、塔身等效半径、横担宽度； 根据所述杆塔信息建立杆塔多波阻抗模型； 建立基于EPRI先导模型的绝缘子闪络判据模型； 根据所述杆塔多波阻抗模型和所述绝缘子闪络判据模型，建立输电线路耐雷水平仿真模型； 在所述输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角以及模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的雷击跳闸率；其中，所述雷击跳闸率包括反击跳闸率和绕击跳闸率。
2.根据权利要求I所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述根据所述杆塔信息建立杆塔多波阻抗模型的步骤具体为 根据所述杆塔信息，计算杆塔横担的波阻抗、塔身波阻抗、避雷线支架波阻抗；根据模拟的雷电流获取雷电通道波阻抗；其中，根据公式Z =+ We=7 +IW计算所述雷电通道波阻抗；1为所述模拟的雷电流；Z为所述雷电通道波阻抗； 根据所述杆塔横担的波阻抗、所述塔身波阻抗、所述避雷线支架波阻抗以及所述雷电通道波阻抗，建立杆塔多波阻抗模型。
3.根据权利要求I所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述在输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角以及模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的所述反击跳闸率的步骤具体为 在所述输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角和模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的反击耐雷水平Iu ;其中，i为相导线所在的回路数为电源相角； 根据如下公式=Igfi 1计算实际雷电流幅值大于所述各相导线在不同相角下的耐 88雷水平Ii, j的概率Pu ； 根据如下公式nM = NgPiij η计算各个回路导线在不同相角下的耐雷水平Im对应的反击跳闸率；其中，rI为建弧率；g为雷电击杆率；N为每IOOkm线路每年遭受雷击的次数； 根据如下公式λ计算各个回路导线的反击跳闸率。
4.根据权利要求3所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述在输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角和模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的所述反击耐雷水平的步骤具体为 对于每个回路的输电线，从0°开始直至330°，每隔30°相角输入电源；并逐渐增大输入所述输电线路耐雷水平仿真模型的模拟的雷电流幅值； 获取各个回路的输电线发生闪络时对应的电源相角和实时雷电流幅值，得到各个回路输电线的反击耐雷水平Ii,
5.根据权利要求I所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述在输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角以及模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的所述绕击跳闸率的步骤具体为 在所述输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角和模拟的雷电流幅值；根据调整后的结果，获取各相输电线的所述绕击耐雷水平； 获取各相导线的击距、地线的击距以及幅值大于所述各相输电线的绕击耐雷水平的概率； 根据所述各相导线的击距、所述地线的击距以及雷电流入射角概率分布函数，得到各相导线的绕击率； 根据所述各相导线的绕击率、所述幅值大于所述各相输电线的绕击耐雷水平的概率，获得各相导线的绕击闪络率； 根据所述各相导线的绕击闪络率、建弧率以及年落雷次数，获得各相导线的绕击跳闸率； 将所述各相导线的绕击跳闸率进行算术叠加，得到输电线路的绕击跳闸率。
6.根据权利要求5所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述获取幅值大于所述各相输电线的绕击耐雷水平的概率的步骤具体为根据公式
7.根据权利要求6所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述根据各相导线的击距、所述地线的击距以及雷电流入射角概率分布函数，得到各相导线的绕击率的步骤具体为 根据所述各相导线的击距，获得各外侧导线暴露弧投影长；根据所述地线的击距，获得地线屏蔽弧投影长； 利用公式
8.根据权利要求7所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述根据各相导线的绕击率、所述幅值大于所述各相输电线的绕击耐雷水平的概率，获得各相导线的绕击闪络率的步骤具体为 利用公式
9.根据权利要求8所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 所述根据各相导线的绕击闪络率、建弧率以及落雷次数，获得各相导线的绕击跳闸率的步骤具体为 根据公式Nk = Iipk获得各相导线的绕击跳闸率；其中，年落雷次数Mt =0.0023XTd13 X(^+4 ,); Nk为第k相导线绕击跳闸率；η为建弧率；Td为年均雷暴日；b为两根避雷线之间的距离；hT为避雷线高度。
10.根据权利要求I至9任一项所述的500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，其特征在于， 在所述计算各个回路输电线的雷击跳闸率的步骤后，还包括 根据所述各个回路输电线的雷击跳闸率调整杆塔的绝缘配置。
全文摘要
本发明提出500kV同塔四回路输电线雷击跳闸率仿真方法，包括步骤获取杆塔信息；其中，所述杆塔信息包括横担高度、塔身等效半径、横担宽度；根据所述杆塔信息建立杆塔多波阻抗模型；建立基于EPRI先导模型的绝缘子闪络判据模型；根据所述杆塔多波阻抗模型和所述绝缘子闪络判据模型，建立输电线路耐雷水平仿真模型；在所述输电线路耐雷水平仿真模型中，调整电源相角以及模拟的雷电流幅值后，获取各个回路输电线的雷击跳闸率；其中，所述雷击跳闸率包括反击跳闸率和绕击跳闸率。可以准确计算输电线路雷击跳闸率，提高电网的安全性和供电可靠性。
文档编号G01R31/00GK102841280SQ20121032865
公开日2012年12月26日 申请日期2012年9月6日 优先权日2012年9月6日
发明者黄志秋, 龚有军, 潘春平, 金晓华, 蔡汉生, 汪晶毅, 陈喜鹏, 梁德飞, 姚文峰, 施春华, 陈鹏, 谢荣坤, 黄志伟 申请人:中国能源建设集团广东省电力设计研究院, 南方电网科学研究院有限责任公司