專利名稱：一種考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的分析方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的分析方法。
背景技術(shù)：
雷擊導(dǎo)致輸電線路跳閘是危害線路安全穩(wěn)定運(yùn)行的原因之一。南方電網(wǎng)中IlOkV以上輸電線路雷擊跳閘共1588次，其中雷擊跳閘次數(shù)達(dá)到I. 007次/(100km -a)，占總跳閘數(shù)的61. 1%。而國內(nèi)外對采用線路型避雷器改善輸電線路的防雷性能已經(jīng)達(dá)成共識，安裝線路型避雷器是提高線路耐雷水平最直接最有效的手段。特別是在ー些雷電活動頻繁，雷擊危害較大的地區(qū)，加裝避雷器能夠有效的提高耐雷水平，減少雷擊跳閘率。但是由于避雷器 價格較為昂貴，無法大面積使用。同時更重要的是，線路每相的耐雷水平相差較大，在確保一定耐雷性能的前提下，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，沒有必要所有相都安裝避雷器。因此對線路避雷器運(yùn)用方式的研究十分重要。目前國內(nèi)對于加裝避雷器后優(yōu)化耐雷水平的研究主要有以下三種方法，各種方法都有其不足之處
I.EMTP法，使用EMTP雖然可以較好的構(gòu)建模型并且進(jìn)行計(jì)算，但是鑒于構(gòu)建模型復(fù)雜，不利于推廣使用。2.現(xiàn)場試驗(yàn)法，雖然能夠十分準(zhǔn)確的對于加裝避雷器后的效果進(jìn)行分析，但是考慮到試驗(yàn)的危險(xiǎn)性，也同樣不利于推廣。3.未考慮殘壓的簡單數(shù)值模型法，雖然克服了難以推廣的缺點(diǎn)，但是由于其省略了避雷器的殘壓和非線性電阻，所以模型過于簡化難以保證精確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題，就是提供一種易于推廣和精確性足夠的分析考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的方法。解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
ー種分析考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的方法，包括以下步驟
Si模型構(gòu)建
Sl-I雷電直擊塔頂模型
當(dāng)雷電直擊塔頂且線路避雷器動作后的桿塔等值電路為塔頂經(jīng)并聯(lián)的三條支路接地，第一支路經(jīng)桿塔，等效為電感Lgt串聯(lián)電阻Rch，第二支路經(jīng)兩側(cè)相鄰檔避雷線，等效為電感Lb，第三支路流經(jīng)與導(dǎo)線連接的避雷器，等效為3條并聯(lián)的線路避雷器與導(dǎo)線電感Ld ；
設(shè)三條導(dǎo)線水平等高排列，
為總雷電流，。、な、％分別為流經(jīng)桿塔入地的電流、避雷器動作后向桿塔兩側(cè)相鄰檔導(dǎo)線分流的電流、桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線的電流分流；ん、k、ら分別為桿塔等效電感，單位為μ H、線路避雷器保護(hù)相導(dǎo)線桿塔兩側(cè)相鄰檔的電感并聯(lián)值、桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線的電感并聯(lián)值為ん、ら并聯(lián)值；A!為桿塔沖擊接地電阻，單位為Ω #為線路避雷器；
設(shè)雷電流，具有斜角波頭，!' =せ，《 =ぶ' は=I Zr為雷電流的平均陡度(kV/ μ s )，i = r /2 ,r為雷電流的波頭長度，取t = , t、i,的幅值分別為J、I, (kA)線路避雷器動作后的殘壓為(kV)，a為非線性系數(shù)，則計(jì)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 + ヴゃ產(chǎn)1 /2·(6)
設(shè)9^.產(chǎn)/2* =か-1) んん(7)
則^(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，ル為雷直擊塔頂時桿塔分流系數(shù)，為雷直擊塔頂時線路避雷器對雷電流的分流系數(shù)，/ 為輸電線路并聯(lián)分支數(shù)，其中/ =1/もZ為安裝避雷器的個數(shù)；
S1-2、雷電繞擊導(dǎo)線模型
當(dāng)雷電流繞擊在導(dǎo)線上時，線路避雷器動作后的等值電路為一部分雷電流沿導(dǎo)線流經(jīng)向安裝避雷器一方，一部分流向未安裝避雷器一方至接地；設(shè)繞擊的雷電流V分為U與U兩部分Ji*分別為繞擊點(diǎn)至線路避雷器段導(dǎo)線的電感、繞擊點(diǎn)另ー側(cè)導(dǎo)線的電感；
な、。、V的電流幅值分別為ん、U^ ,計(jì)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+ん夢)=lO^Jes / 2s(21)
設(shè)C^rhiT=φ-ιχ4* +ι )Α
貝 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為雷電流繞擊導(dǎo)線時桿塔分流系數(shù)；Λ為雷電流繞擊導(dǎo)線時避雷器分流系數(shù)仰為輸電線路并聯(lián)分支數(shù)，其中《=1ΛΤ，Z為安裝避雷器的個數(shù)；
S2分析求解模型參數(shù)a、b數(shù)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耐雷水平計(jì)算 計(jì)算如下
O雷電流直擊塔頂
當(dāng)線路3相均安裝避雷器時，三相絕緣子均受到避雷器的鉗位作用保護(hù)，所以有
= JI(V#-4A)/t+0.5^4Kl-^)(28 )
2)雷電流直擊塔頂
當(dāng)線路僅I或2相避雷器吋，線路耐雷水平等于未安裝避雷器支路的耐雷水平。因此取未安裝避雷器支路絕緣子串兩端電壓，其數(shù)值等于塔頂處電壓，有Ut =τχ レ Ke)(29)
3)雷電流繞擊導(dǎo)線
若雷電繞擊未安裝避雷器支路，則耐雷水平計(jì)算公式與三相均未安裝相同；如果雷電流繞擊安裝避雷器支路，考慮到經(jīng)避雷器流入桿塔的雷電流較小，不足以使非繞擊支路的絕緣子串閃絡(luò)，所以耐雷水平幅值等于繞擊導(dǎo)線的絕緣子串耐雷水平。Ut = ~{L^ +Jh,l+^°*)A -0.5^4,43(1-^)(30)。
求解模型參數(shù)a、b數(shù)值使用二分法，并利用計(jì)算機(jī)編程來簡化計(jì)算a值。邏輯思路
由公式(8) (10) (11)可知，當(dāng)大于實(shí)際值吋，求出的a將小于實(shí)際值，同時利用該a值求出的將小于實(shí)際值，則采用兩段逼近的方法，便可以求出實(shí)際的a值和實(shí)際的d值。同時考慮避雷器殘壓求出的A值將小于未考慮避雷器殘壓求出的A值，所以A值的初始值采用忽略避雷器殘壓影響求出、值。有益效果
I.利用本發(fā)明的避雷器數(shù)值模型，能夠簡化地對于輸電線路加裝避雷器后的情況進(jìn)行分析，精確計(jì)算輸電線路加裝避雷器后其線路耐雷性能，同時亦可方便編寫防雷分析軟件。2.本發(fā)明的模型能夠?qū)τ诓煌拥仉娮琛⒉煌瑱n距、不同安裝相數(shù)的安裝避雷器的輸電線路進(jìn)行分析，減少了工程量。


圖I為雷電直擊塔頂物理模型；
圖2為雷電繞擊導(dǎo)線物理模型；
圖3為參數(shù)a求解流程 圖4為參數(shù)b求解流程；
圖5為耐雷水平計(jì)算流程 圖6為雷直擊塔頂時避雷器不同安裝方式對耐雷水平影響圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的ー種分析考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的方法實(shí)施例，包括以下步驟
Si模型構(gòu)建
Sl-I雷電直擊塔頂模型
參見圖1，當(dāng)雷電直擊塔頂且線路避雷器動作后的桿塔等值電路為塔頂經(jīng)并聯(lián)的三條支路接地，第一支路經(jīng)桿塔，簡化為電感Lgt串聯(lián)電阻Rch，第二支路經(jīng)桿塔兩側(cè)相鄰檔導(dǎo)線，簡化為電感Lb，第三支路經(jīng)桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線，簡化為3條并聯(lián)的線路避雷器和Ld0因?yàn)槿鄬?dǎo)線間的距離遠(yuǎn)小于桿塔整體高度，所以為了方便計(jì)算，設(shè)三條導(dǎo)線水平等高排列，力總雷電流，。、なΛ分別為流經(jīng)桿塔入地的電流、避雷器動作后向桿塔兩側(cè)相鄰檔導(dǎo)線分流的電流、桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線的電流分流；ん、ん、k分別為桿塔等效電感，單位為μ H、線路避雷器保護(hù)相導(dǎo)線桿塔兩側(cè)相鄰檔的電感并聯(lián)值、桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線的電感并聯(lián)值；為并聯(lián)值；為桿塔沖擊接地電阻，單位為Ω #為線路避
雷器；
設(shè)雷電流*'具有斜角波頭，！=ば,a = di idt = J /r為雷電流的平均陸度(kV/ U s), = f/2 ,r為雷電流的波頭長度，取い2.6# , s的幅值分別為J、Jrf (kA)線路避雷器動作后的殘壓為U=Q= (kV)，a為非線性系數(shù)，則計(jì)算公式如下所示
權(quán)利要求
1.一種考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的分析方法，包括以下步驟 Si模型構(gòu)建 Sl-I雷電直擊塔頂模型 當(dāng)雷電直擊塔頂且線路避雷器動作后的桿塔等值電路為塔頂經(jīng)并聯(lián)的三條支路接地，第一支路經(jīng)桿塔，等效為電感Lgt串聯(lián)電阻Rch，第二支路經(jīng)兩側(cè)相鄰檔避雷線，等效為電感Lb，第三支路流經(jīng)與導(dǎo)線連接的避雷器，等效為3條并聯(lián)的線路避雷器與導(dǎo)線電感Ld ； 設(shè)三條導(dǎo)線水平等高排列，為總雷電流，4分別為流經(jīng)桿塔入地的電流、避雷器動作后向桿塔兩側(cè)相鄰檔導(dǎo)線分流的電流、桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線的電流分流；&、&、々分別為桿塔等效電感，單位為U H、線路避雷器保護(hù)相導(dǎo)線桿塔兩側(cè)相鄰檔的電感并聯(lián)值、桿塔兩側(cè)相鄰檔避雷線的電感并聯(lián)值《為&、々并聯(lián)值；&為桿塔沖擊接地電阻，單位為Q ;M為線路避雷器； 設(shè)雷電流5具有斜角波頭，I = ^ = = 為雷電流的平均陡度(kV/ii S)，f = r/'2 ,r為雷電流的波頭長度，取^ Id/s 的幅值分別為J、Irf (kA)線路避雷器動作后的殘壓力W: (kV), a為非線性系數(shù)，則計(jì)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 ) 設(shè)/T = (a-IynpiLil(7) 則^(0.5^-1 + ^) = ^4,(8) 整理(5)得 + &) =(1-, -爲(wèi))ii(9) 或A = - ^￠0- +^+4)]/4(10) 由(8)、(9)得 p =_anLJ.^__( 11 ) ' * (pnLd +1^)(13 .SRiiT + L,) + QnL6Li 式中，疼為雷直擊塔頂時桿塔分流系數(shù)為雷直擊塔頂時線路避雷器對雷電流的分流系數(shù)，n為輸電線路并聯(lián)分支數(shù)，其中n=l/x，X為安裝避雷器的個數(shù)； S1-2、雷電繞擊導(dǎo)線模型 當(dāng)雷電流繞擊在導(dǎo)線上時，線路避雷器動作后的等值電路為一部分雷電流沿導(dǎo)線流經(jīng)向安裝避雷器一方，一部分流向未安裝避雷器一方至接地；設(shè)繞擊的雷電流L分為U與k兩部分；分別為繞擊點(diǎn)至線路避雷器段導(dǎo)線的電感、繞擊點(diǎn)另一側(cè)導(dǎo)線的電感； L、U、V的電流幅值分別為U^ ,計(jì)算公式如下所示；
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的分析方法，其特征是所述的S2分析求解模型參數(shù)a、b數(shù)值時使用二分法，利用計(jì)算機(jī)編程來簡化計(jì)算a值； 邏輯思路 由公式(8) (10) (11)可知，當(dāng) <大于實(shí)際值時，求出的a將小于實(shí)際值，同時利用該a值求出的將小于實(shí)際值，則采用兩段逼近的方法，便可以求出實(shí)際的a值和實(shí)際的值；同時考慮避雷器殘壓求出的A值將小于未考慮避雷器殘壓求出的h值，所以A值的初始值采用忽略避雷器殘壓影響求出。值。
全文摘要
一種考慮殘壓及非線性電阻的避雷器防護(hù)效果的分析方法，包括以下步驟S1包括S1-1雷電直擊塔頂模型和S1-2、雷電繞擊導(dǎo)線模型的構(gòu)建；S2分析求解模型參數(shù)a、b數(shù)值；S3耐雷水平計(jì)算。利用本發(fā)明的避雷器數(shù)值模型，能夠簡化地對于輸電線路加裝避雷器后的情況進(jìn)行分析，精確計(jì)算輸電線路加裝避雷器后其線路耐雷性能，同時亦可方便編寫防雷分析軟件。本發(fā)明的模型能夠?qū)τ诓煌拥仉娮?、不同檔距、不同安裝相數(shù)的安裝避雷器的輸電線路進(jìn)行分析，減少了工程量。
文檔編號G01R31/00GK102707166SQ201210146860
公開日2012年10月3日 申請日期2012年5月14日 優(yōu)先權(quán)日2012年5月14日
發(fā)明者劉剛, 孔慧超, 尹創(chuàng)榮, 楊挺, 林建華, 汪逍旻, 王偉然, 王凱, 許彬, 陳錫陽 申請人:華南理工大學(xué), 廣東電網(wǎng)公司東莞供電局