专利名称：一种考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的分析方法
技术领域：
本发明涉及一种考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的分析方法。
背景技术：
雷击导致输电线路跳闸是危害线路安全稳定运行的原因之一。南方电网中IlOkV以上输电线路雷击跳闸共1588次，其中雷击跳闸次数达到I. 007次/(100km -a)，占总跳闸数的61. 1%。而国内外对采用线路型避雷器改善输电线路的防雷性能已经达成共识，安装线路型避雷器是提高线路耐雷水平最直接最有效的手段。特别是在ー些雷电活动频繁，雷击危害较大的地区，加装避雷器能够有效的提高耐雷水平，減少雷击跳闸率。但是由于避雷器 价格较为昂贵，无法大面积使用。同时更重要的是，线路每相的耐雷水平相差较大，在确保一定耐雷性能的前提下，从技术经济的角度出发，没有必要所有相都安装避雷器。因此对线路避雷器运用方式的研究十分重要。目前国内对于加装避雷器后优化耐雷水平的研究主要有以下三种方法，各种方法都有其不足之处
I.EMTP法，使用EMTP虽然可以较好的构建模型并且进行计算，但是鉴于构建模型复杂，不利于推广使用。2.现场试验法，虽然能够十分准确的对于加装避雷器后的效果进行分析，但是考虑到试验的危险性，也同样不利于推广。3.未考虑残压的简单数值模型法，虽然克服了难以推广的缺点，但是由于其省略了避雷器的残压和非线性电阻，所以模型过于简化难以保证精确性。

发明内容
本发明所要解决的技术问题，就是提供一种易于推广和精确性足够的分析考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的方法。解决上述技术问题，本发明采用的技术方案如下
ー种分析考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的方法，包括以下步骤
Si模型构建
Sl-I雷电直击塔顶模型
当雷电直击塔顶且线路避雷器动作后的杆塔等值电路为塔顶经并联的三条支路接地，第一支路经杆塔，等效为电感Lgt串联电阻Rch，第二支路经两侧相邻档避雷线，等效为电感Lb，第三支路流经与导线连接的避雷器，等效为3条并联的线路避雷器与导线电感Ld ；
设三条导线水平等高排列，
为总雷电流，。、な、％分别为流经杆塔入地的电流、避雷器动作后向杆塔两侧相邻档导线分流的电流、杆塔两侧相邻档避雷线的电流分流；ん、k、ら分别为杆塔等效电感，单位为μ H、线路避雷器保护相导线杆塔两侧相邻档的电感并联值、杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值为ん、ら并联值；A!为杆塔冲击接地电阻，单位为Ω #为线路避雷器；
设雷电流，具有斜角波头，!' =せ，《 =ぶ' は=I Zr为雷电流的平均陡度(kV/ μ s )，i = r /2 ,r为雷电流的波头长度，取t = , t、i,的幅值分别为J、I, (kA)线路避雷器动作后的残压为(kV)，a为非线性系数，则计算公式如下所示
し=(I)
U = ,BjMJt= .BJ(2)
i = i=(1-β^-β^ (3)
+ ^ift fdt = idt + CJ^l(4)
IttPyl+fdt = I^dii d(5)
整理(4)得
ん(0.5 J^r+ij = TifiiLi + ヴゃ产1 /2·(6)
设9^.产/2* =か-1) んん(7)
则^(0.5^ + 1^) = ^4,(8)
整理(5)得
β^(.0.5i^f + Lft) =0--,00 -β )^ι,(9)
或A = [4 -ル(0.5i^r +Ltt+If)]/Ifl(10)
由(8)、(9)得
'** (病 + 4)(p .5flUr + L0) + awl山(11)
式中，ル为雷直击塔顶时杆塔分流系数，为雷直击塔顶时线路避雷器对雷电流的分流系数，/ 为输电线路并联分支数，其中/ =1/もZ为安装避雷器的个数；
S1-2、雷电绕击导线模型
当雷电流绕击在导线上时，线路避雷器动作后的等值电路为一部分雷电流沿导线流经向安装避雷器一方，一部分流向未安装避雷器一方至接地；设绕击的雷电流V分为U与U两部分Ji*分别为绕击点至线路避雷器段导线的电感、绕击点另ー侧导线的电感；
な、。、V的电流幅值分别为ん、U^ ,计算公式如下所示；
U=ル,(12)
=(13)
ま· = βι^κΒ.(14)
=(15)
I^k+L^mId+I^ijdl! d+C^ = Ii^i7d2 Id(16)+ ViV/dt = * /Λ(17)
irg %i + /dt = I^dif-Ji !dt+C『を(18)
整理(16)得
SJ^i て+^^^^^+具+ゾ,ア=*^fl(19)
整理(17)得
=4(1 -^)(20)
整理(18)得
矣，(0.5為て+ん梦)=lO^Jes / 2s(21)
设C^rhiT=φ-ιχ4* +ι )Α
贝 IJ+W4ii+4ω)=4ω(22)
再令^,^-1 CgJa^1 OTar/ = (C-I)蛾み
整理(21)、(22)得
Q _smibLd __、
,^ 1^4 + 4)(0.5 ^+ )+皿I6Ii(23)
".^￠0.5^ + 1,) + 5(1^ + 4,,)(24)
其中，Agf为雷电流绕击导线时杆塔分流系数；Λ为雷电流绕击导线时避雷器分流系数仰为输电线路并联分支数，其中《=1ΛΤ，Z为安装避雷器的个数；
S2分析求解模型參数a、b数值
1)由公式⑶可得 rTl t C
a ~ 2·/, IiT^+
2)由公式(22)得
Ir Cjf
b =つ· μ-rn ~}—■Zl—"Τ +1、ζοノ
L Pr 上#Λ 十 ijIrfI 1
。寒訣⑶
S3耐雷水平计算 计算如下
O雷电流直击塔顶
当线路3相均安装避雷器时，三相绝缘子均受到避雷器的钳位作用保护，所以有
= JI(V#-4A)/t+0.5^4Kl-^)(28 )
2)雷电流直击塔顶
当线路仅I或2相避雷器吋，线路耐雷水平等于未安装避雷器支路的耐雷水平。因此取未安装避雷器支路绝缘子串两端电压，其数值等于塔顶处电压，有Ut =τχ レ Ke)(29)
3)雷电流绕击导线
若雷电绕击未安装避雷器支路，则耐雷水平计算公式与三相均未安装相同；如果雷电流绕击安装避雷器支路，考虑到经避雷器流入杆塔的雷电流较小，不足以使非绕击支路的绝缘子串闪络，所以耐雷水平幅值等于绕击导线的绝缘子串耐雷水平。Ut = ~{L^ +Jh,l+^°*)A -0.5^4,43(1-^)(30)。
求解模型參数a、b数值使用二分法，并利用计算机编程来简化计算a值。逻辑思路
由公式(8) (10) (11)可知，当大于实际值吋，求出的a将小于实际值，同时利用该a值求出的将小于实际值，则采用两段逼近的方法，便可以求出实际的a值和实际的d值。同时考虑避雷器残压求出的A值将小于未考虑避雷器残压求出的A值，所以A值的初始值采用忽略避雷器残压影响求出、值。有益效果
I.利用本发明的避雷器数值模型，能够简化地对于输电线路加装避雷器后的情况进行分析，精确计算输电线路加装避雷器后其线路耐雷性能，同时亦可方便编写防雷分析软件。2.本发明的模型能够对于不同接地电阻、不同档距、不同安装相数的安装避雷器的输电线路进行分析，減少了工程量。


图I为雷电直击塔顶物理模型；
图2为雷电绕击导线物理模型；
图3为參数a求解流程 图4为參数b求解流程；
图5为耐雷水平计算流程 图6为雷直击塔顶时避雷器不同安装方式对耐雷水平影响图。
具体实施例方式本发明的ー种分析考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的方法实施例，包括以下步骤
Si模型构建
Sl-I雷电直击塔顶模型
參见图1，当雷电直击塔顶且线路避雷器动作后的杆塔等值电路为塔顶经并联的三条支路接地，第一支路经杆塔，简化为电感Lgt串联电阻Rch，第二支路经杆塔两侧相邻档导线，简化为电感Lb，第三支路经杆塔两侧相邻档避雷线，简化为3条并联的线路避雷器和Ld0因为三相导线间的距离远小于杆塔整体高度，所以为了方便计算，设三条导线水平等高排列，力总雷电流，。、なΛ分别为流经杆塔入地的电流、避雷器动作后向杆塔两侧相邻档导线分流的电流、杆塔两侧相邻档避雷线的电流分流；ん、ん、k分别为杆塔等效电感，单位为μ H、线路避雷器保护相导线杆塔两侧相邻档的电感并联值、杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值；为并联值；为杆塔冲击接地电阻，单位为Ω #为线路避
雷器；
设雷电流*'具有斜角波头，！=ば,a = di idt = J /r为雷电流的平均陆度(kV/ U s), = f/2 ,r为雷电流的波头长度，取い2.6# , s的幅值分别为J、Jrf (kA)线路避雷器动作后的残压为U=Q= (kV)，a为非线性系数，则计算公式如下所示
权利要求
1.一种考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的分析方法，包括以下步骤 Si模型构建 Sl-I雷电直击塔顶模型 当雷电直击塔顶且线路避雷器动作后的杆塔等值电路为塔顶经并联的三条支路接地，第一支路经杆塔，等效为电感Lgt串联电阻Rch，第二支路经两侧相邻档避雷线，等效为电感Lb，第三支路流经与导线连接的避雷器，等效为3条并联的线路避雷器与导线电感Ld ； 设三条导线水平等高排列，为总雷电流，4分别为流经杆塔入地的电流、避雷器动作后向杆塔两侧相邻档导线分流的电流、杆塔两侧相邻档避雷线的电流分流；&、&、々分别为杆塔等效电感，单位为U H、线路避雷器保护相导线杆塔两侧相邻档的电感并联值、杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值《为&、々并联值；&为杆塔冲击接地电阻，单位为Q ;M为线路避雷器； 设雷电流5具有斜角波头，I = ^ = = 为雷电流的平均陡度(kV/ii S)，f = r/'2 ,r为雷电流的波头长度，取^ Id/s 的幅值分别为J、Irf (kA)线路避雷器动作后的残压力W: (kV), a为非线性系数，则计算公式如下所示 mCo I4 = ,BjMJt(2)W-。-(3) +Vv,dt=1Vdi^ /dt+cA(4) H + fdt = I^di6!(M(5) 整理(4)得(0,5+i^) = nfi0L^ +CfH*l/2‘( 6 ) 设/T = (a-IynpiLil(7) 则^(0.5^-1 + ^) = ^4,(8) 整理(5)得 + &) =(1-, -爲)ii(9) 或A = - ^￠0- +^+4)]/4(10) 由(8)、(9)得 p =_anLJ.^__( 11 ) ' * (pnLd +1^)(13 .SRiiT + L,) + QnL6Li 式中，疼为雷直击塔顶时杆塔分流系数为雷直击塔顶时线路避雷器对雷电流的分流系数，n为输电线路并联分支数，其中n=l/x，X为安装避雷器的个数； S1-2、雷电绕击导线模型 当雷电流绕击在导线上时，线路避雷器动作后的等值电路为一部分雷电流沿导线流经向安装避雷器一方，一部分流向未安装避雷器一方至接地；设绕击的雷电流L分为U与k两部分；分别为绕击点至线路避雷器段导线的电感、绕击点另一侧导线的电感； L、U、V的电流幅值分别为U^ ,计算公式如下所示；
2.根据权利要求I所述的考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的分析方法，其特征是所述的S2分析求解模型参数a、b数值时使用二分法，利用计算机编程来简化计算a值； 逻辑思路 由公式(8) (10) (11)可知，当 <大于实际值时，求出的a将小于实际值，同时利用该a值求出的将小于实际值，则采用两段逼近的方法，便可以求出实际的a值和实际的值；同时考虑避雷器残压求出的A值将小于未考虑避雷器残压求出的h值，所以A值的初始值采用忽略避雷器残压影响求出。值。
全文摘要
一种考虑残压及非线性电阻的避雷器防护效果的分析方法，包括以下步骤S1包括S1-1雷电直击塔顶模型和S1-2、雷电绕击导线模型的构建；S2分析求解模型参数a、b数值；S3耐雷水平计算。利用本发明的避雷器数值模型，能够简化地对于输电线路加装避雷器后的情况进行分析，精确计算输电线路加装避雷器后其线路耐雷性能，同时亦可方便编写防雷分析软件。本发明的模型能够对于不同接地电阻、不同档距、不同安装相数的安装避雷器的输电线路进行分析，减少了工程量。
文档编号G01R31/00GK102707166SQ201210146860
公开日2012年10月3日 申请日期2012年5月14日 优先权日2012年5月14日
发明者刘刚, 孔慧超, 尹创荣, 杨挺, 林建华, 汪逍旻, 王伟然, 王凯, 许彬, 陈锡阳 申请人:华南理工大学, 广东电网公司东莞供电局