一種改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬電力系統(tǒng)雷電防護(hù)領(lǐng)域，涉及基于閃電定位數(shù)據(jù)及GIS輸電線路走廊精 確路徑，更為具體的是，涉及一種改進(jìn)配電線路雷電跳閘率的計(jì)算方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 配電線路是配電系統(tǒng)的重要組成部分，承擔(dān)著向負(fù)荷分配電能的重任，其安全穩(wěn) 定運(yùn)行至關(guān)重要。由于配電線路的絕緣水平低，對雷電的防護(hù)能力較弱，雷擊引起的跳閘事 故在配網(wǎng)故障中占據(jù)很大比例。直擊雷和感應(yīng)雷都可能引發(fā)絕緣子閃絡(luò)，導(dǎo)致線路跳閘。部 分雷擊閃絡(luò)跳閘事后無明顯痕跡，難以對跳閘原因進(jìn)行確認(rèn)。因此，合理計(jì)算配電線路雷電 跳閘率對于掌握配電線路雷電防護(hù)性能，有效開展配電線路防雷工作意義重大。
[0003] 在配電線路的防雷設(shè)計(jì)中一直沿用的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程以及計(jì)算方法都普遍缺乏實(shí)用 的雷電實(shí)測數(shù)據(jù)，而不同區(qū)域、不同季節(jié)雷電參數(shù)特征可能相差較大，傳統(tǒng)參數(shù)取法并不能 全面科學(xué)地反映某一地區(qū)的雷電活動(dòng)。雷電參數(shù)的缺乏使得在選擇線路防雷薄弱區(qū)段實(shí)施 防雷措施時(shí)帶有很大的盲目性，其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性不高，防雷沒有差異性、針對性。在防雷計(jì)算 評估方法中，缺乏對沿線不同區(qū)段雷電活動(dòng)差異性、環(huán)境特征差異性、線路結(jié)構(gòu)差異性的綜 合、全面考慮，評估結(jié)果無法確切反映線路雷擊故障的風(fēng)險(xiǎn)，也不能確定影響雷擊閃絡(luò)的各 因素所起的作用。
[0004] 隨著閃電定位系統(tǒng)的推廣，地閃的發(fā)生時(shí)間、地點(diǎn)、強(qiáng)度、陡度等一系列參數(shù)能夠 被準(zhǔn)確記錄，而GIS系統(tǒng)記錄了配電線路走廊精確路徑。通過兩個(gè)系統(tǒng)數(shù)據(jù)的匹配能對線 路走廊范圍所有落雷情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，分別建立配電線路直擊雷及感應(yīng)雷跳閘模型，能夠較 為準(zhǔn)確分析線路雷電跳閘概率。
[0005] 以下通過研究相關(guān)最新發(fā)明和實(shí)用新型專利，進(jìn)一步說明本發(fā)明的技術(shù)背景。專 利-一種配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法（201310365345)根據(jù)雷電定位系統(tǒng)落雷統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù) 及GIS系統(tǒng)配電線路走廊精確路徑，按直擊雷及感應(yīng)雷分類結(jié)合區(qū)域配電線路設(shè)備技術(shù)水 平進(jìn)行計(jì)算。但是此方法直擊雷與感應(yīng)雷跳閘率計(jì)算是基于原有規(guī)程方法，沒有考慮不同 地區(qū)雷電流參數(shù)、不同桿塔絕緣水平等因素的影響。專利-一種自動(dòng)生成10kV配電線路桿 塔雷擊跳閘率的方法（201410313779)通過MATLAB軟件，將規(guī)程法計(jì)算配電線路雷擊跳閘 率的公式編為計(jì)算模塊，讀入線路基本參數(shù)，自動(dòng)輸出逐基桿塔雷擊跳閘率計(jì)算結(jié)果報(bào)告， 制訂相應(yīng)防雷改造措施。該方法跳閘率的計(jì)算仍然按照原有規(guī)程，同樣做不到精確計(jì)算。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了對配電線路的雷害活動(dòng)進(jìn)行準(zhǔn)確評估，合理開展防雷工作，需要能夠獲得比 較準(zhǔn)確的配電網(wǎng)雷電跳閘率，本發(fā)明基于閃電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)及GIS系統(tǒng)配電線路參數(shù)信 息，分別計(jì)算直擊雷及感應(yīng)雷跳閘率，分析整條線路的雷害風(fēng)險(xiǎn)，提供了一種改進(jìn)配電線路 雷電跳閘率的計(jì)算方法，其具體方案如下：
[0007] 所述改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法，包括如下步驟：
[0008] (1)通過GIS系統(tǒng)獲取每基桿塔的經(jīng)煒度坐標(biāo)，再利用閃電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)每一桿 塔線路走廊范圍內(nèi)落雷次數(shù)，接著將線路走廊落雷密度轉(zhuǎn)化為線路直接落雷密度；
[0009] (2)收集線路的基本參數(shù)配置：絕緣子串長度1,(單位：m)、絕緣子閃絡(luò)電壓UM% (單位：kV)、導(dǎo)線高度h(單位：m)、導(dǎo)線間距b(單位：m)以及線路額定電壓U。（單位：kV);
[0010] (3)根據(jù)線路走廊范圍內(nèi)雷電流數(shù)據(jù)，擬合雷電流累積概率分布公式和概率密度 公式，再結(jié)合閃電定位系統(tǒng)的線路走廊雷電數(shù)據(jù)，擬合得出α和β;
[0011] ⑷通過電氣幾何模型計(jì)算每基桿塔的直擊雷跳閘率；
[0012] (5)通過區(qū)間組合統(tǒng)計(jì)法計(jì)算每基桿塔的感應(yīng)雷跳閘率；
[0013] (6)對整條線路的雷擊跳閘率進(jìn)行計(jì)算，分析線路雷害狀況。
[0014] 所述改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟1)中，線路 直接落雷密度如式（1)所示，
[0016] 式中，隊(duì)為i第段線路走廊范圍內(nèi)的落雷次數(shù)；L為桿塔檔距；Νω為第i段線路直 接落雷密度。
[0017] 所述改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，雷電流累積概率分布 公式，如式（2)所示，概率密度公式，如式（3)所示，
[0020] 所述改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟4)中線路 的等效引雷寬度的表達(dá)式如式（4)所示，
[0022] 式中，s。為雷擊大地的臨界距離，s。的表達(dá)式如式（5)所示，b為線路在地面上的 投影寬度，
[0024] 式中，R。為對導(dǎo)線雷擊擊距，R。的表達(dá)式如式（6)所示，
[0025]RC(I) =0·67h〇.6I〇.74 (6)
[0026] 式中，h為導(dǎo)線平均高度；I為雷電流幅值；Rg為對地雷擊擊距，Rg的表達(dá)式如式 (7)所示，
[0027]Rg(I) = (0· 36+0. 1681n(43-h))Rc (7)
[0028] 第i基桿塔直擊雷跳閘率計(jì)算公式，如式（8)所示，
[0029] SFRi^NGinDeq (8)
[0030] 式中，η為建弧率。
[0032]式中，U。為線路額定電壓，kV;1,為絕緣子串長度，m;1"為線路的線間距離（對于 鐵橫擔(dān)和鋼筋混泥土橫擔(dān)線路，1"= 〇)，m。I。為繞擊耐雷水平，配電線路結(jié)構(gòu)簡單且一般 無避雷線，雷擊導(dǎo)線時(shí)無需考慮避雷線的耦合作用，相線的波阻抗取400。
[0034] 式中，U5。％絕緣子閃絡(luò)電壓，kV。
[0035] 所述改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟5)中包括 如下步驟：
[0036]A)將雷電流幅值和雷電流產(chǎn)生感應(yīng)過電壓使絕緣子閃絡(luò)的雷擊點(diǎn)區(qū)域作為2個(gè) 隨機(jī)變量。在大地平面內(nèi)，取桿塔中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)〇,與導(dǎo)線垂直方向?yàn)閄軸，與導(dǎo)線平行 方向?yàn)閥軸。桿塔檔距為L，在y軸上距原點(diǎn)土L/2兩點(diǎn)分別作y軸的垂線；
[0037]B)在兩垂線之間的范圍內(nèi)落雷，根據(jù)式（2)確定雷電流累積幅值概率小于0.1% 的臨界值1_，并根據(jù)感應(yīng)過電壓計(jì)算公式得到S_。
[0038] IEEE推薦的配電線路感應(yīng)電壓計(jì)算公式：
[0040] 式中，Ue為感應(yīng)過電壓；I為雷電流幅值；s為落雷點(diǎn)距導(dǎo)線水平距離；h為導(dǎo)線平 均高度。
[0041]C)沿X軸正向，從〇點(diǎn)開始，以ΔΧ為長度將土L/2區(qū)間劃分成1Λχ、2Λχ、 3Λχ···、πιΛX若干個(gè)子區(qū)間，每個(gè)子區(qū)間面積為LΛX，從1ΛX子區(qū)間開始，依次計(jì)算各 子區(qū)間內(nèi)落雷引起原點(diǎn)處絕緣子閃絡(luò)次數(shù)，直到3_為止，對于每個(gè)子區(qū)間內(nèi)落雷的處理， 選擇落雷點(diǎn)位于X軸上，子區(qū)間距導(dǎo)線的平均距離作為雷電流對導(dǎo)線的擊距。
[0042] 所述改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法的進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟C)中在第k 個(gè)ΛX區(qū)間內(nèi)感應(yīng)過電壓幅值超過U5(]%的臨界雷電流幅值，如式（9)所示，
[0044] 各子區(qū)間遭受雷擊且引起絕緣閃絡(luò)的次數(shù)的表達(dá)式如式（10)所示，
[0045] Nslk=NGlAxP(Ik) (10)
[0046] 式中，P⑴為雷電流幅值超過此區(qū)間內(nèi)臨界閃絡(luò)電流的概率。
[0047] 第i基桿塔上絕緣子的閃絡(luò)總次數(shù)的表達(dá)式如式（11)所示：
[0049] 第i基桿塔感應(yīng)雷跳閘率的表達(dá)式如式（12)所示，
[0050] SFR2l=NS1η(12)。
[0051]所述的改進(jìn)配電線路雷電跳閘率計(jì)算方法進(jìn)一步設(shè)計(jì)在于，所述步驟6)中整條 線路雷擊跳閘率的表達(dá)式如式（13)所示，
[0055] 本發(fā)明的有益效果：
[0056] 基于閃電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)雷電數(shù)據(jù)及GIS配電線路走廊精確路徑，分別計(jì)算直擊雷 跳閘率及感應(yīng)雷跳閘率，不僅計(jì)算了整條線路的雷擊跳閘率，還給出了每基桿塔雷擊跳閘 率。該方法能夠獲得比較準(zhǔn)確的配電網(wǎng)雷電跳閘率，對防雷性能評估提供準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，提高了 采取雷電防護(hù)措施的有效性和科學(xué)性。
【附圖說明】
[0057] 圖1為本發(fā)明所涉一種線路分段示意圖。
[0058] 圖2為本發(fā)明所涉一種計(jì)算配電線路引雷寬度示意圖。
[0059] 圖3為本發(fā)明所涉一種基于組合統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算感應(yīng)雷跳閘率示意圖。
[0060] 圖4為本發(fā)明所涉一種計(jì)算配電線路雷電跳閘率流程示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0061] 下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡明本發(fā)明，應(yīng)理解這些實(shí)施例僅用于說明 本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍，在閱讀了本發(fā)明之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員對本發(fā)明的各 種等價(jià)形式的修改均落于本申請所附權(quán)利要求所限定的范圍。
[0062] 本實(shí)施例的改進(jìn)配電線路雷電跳閘率的計(jì)算方法包括如下的步驟：
[0063] (1)、對整條配電線路的每基桿塔進(jìn)行編號，分別為1、2、…、η。通過GIS系統(tǒng)獲 取每基桿塔的經(jīng)煒度坐標(biāo)，再利用閃電定位系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)每一桿塔線路走廊范圍內(nèi)落雷次數(shù)， 然后將線路走廊落雷密度轉(zhuǎn)化為線路直接落雷密度。線路走廊劃分見圖1。
[0064] 線路直接落雷密度
[0066] 式中，隊(duì)為i第段線路走廊范圍內(nèi)的落雷次數(shù)，次/a;L為桿塔檔距，m為第i 段線路直接落雷密度，次/m·a。
[0067](2)、收集線路的基本參數(shù)配置：絕緣子串長度1,，m;絕緣子閃絡(luò)電壓UM%，kV;導(dǎo) 線高度h，m、導(dǎo)線間距b，m;線路額定電壓U。，kV。
[0068](3)、根據(jù)線路走廊范圍內(nèi)雷電流數(shù)據(jù)，擬合雷電流累積概率分布公式和概率密度 公式。
[0069] 雷