專利名稱：基于輸電線路結(jié)構(gòu)及地形的輸電線路三維雷擊計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于輸電線路結(jié)構(gòu)及地形的輸電線路三維雷擊計(jì)算方法，屬于輸電線路雷電防護(hù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
輸電線路的雷電繞擊分析方法主要有規(guī)程法、電氣幾何模型、先導(dǎo)發(fā)展模型等。各國學(xué)者根據(jù)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和模擬試驗(yàn)結(jié)果總結(jié)出繞擊率經(jīng)驗(yàn)公式，認(rèn)為繞擊率與地線保護(hù)角、桿塔高度以及沿輸電線路的地形地貌條件有關(guān)。規(guī)程法沒有考慮雷電發(fā)展過程，物理意義不明確；規(guī)程法沒有考慮雷電流幅值等對屏蔽效果的影響，不能反映具體線路的特點(diǎn)，無法合理地解釋屏蔽失效現(xiàn)象。20世紀(jì)60年代提出了電氣幾何模型(Electrogeometric Model, EGM)。電氣幾何模型將輸電線路雷電繞擊問題的分析與輸電線路結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系起來，是一種幾何分析模型。電氣幾何模型是目前使用比較廣泛的一種輸電線路繞擊分析方法，多數(shù)情況下計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較吻合。但電氣幾何模型的擊距公式缺乏普適性，許多研究者根據(jù)各自的運(yùn)行數(shù)據(jù)提出了不同的擊距公式，根據(jù)不同的擊距公式計(jì)算得到的繞擊率相差較大，而且電氣幾何模型難以處理輸電線路運(yùn)行電壓的影響問題。理論上，電氣幾何模型的擊距公式只適用于特定地區(qū)的輸電線路。20世紀(jì)末，許多研究者根據(jù)雷電發(fā)展過程和長空氣間隙放電的相似性，通過試驗(yàn)方法對輸電線路雷擊過程進(jìn)行研究。Dellera和Garbagnati在1990年提出雷擊輸電線路的先導(dǎo)發(fā)展模型(Leader Progression Model,LPM)。先導(dǎo)發(fā)展模型對雷電下行先導(dǎo)、上行先導(dǎo)起始條件進(jìn)行簡單建模，但是沒有提出完整的、可實(shí)現(xiàn)的雷電發(fā)展模型。無論采用那種方法，傳統(tǒng)輸電線路雷擊分析方法沒有深入考察局部地形的影響，僅僅區(qū)分山區(qū)與平原，往往導(dǎo)致評估與運(yùn)行結(jié)果出入較大；傳統(tǒng)輸電線路雷擊分析方法沒有在考慮輸電線路結(jié)構(gòu)及地形影響下對輸電線路的雷擊過程進(jìn)行詳細(xì)的三維建模分析。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出一種基于輸電線路結(jié)構(gòu)及地形的輸電線路三維雷擊計(jì)算方法，利用現(xiàn)有的相對成熟的參數(shù)對雷擊過程建模，綜合考慮輸電線路結(jié)構(gòu)、輸電線路運(yùn)行電壓、地形、雷云電荷等因素對雷電發(fā)展過程的影響，對雷電下行先導(dǎo)、上行先導(dǎo)的發(fā)展進(jìn)行模擬，得到雷電擊中的位置。本發(fā)明提出的基于輸電線路結(jié)構(gòu)及地形的輸電線路三維雷擊計(jì)算方法，包括以下各步驟
(I)確定一個水平正方形區(qū)域，作為輸電線路下方地面雷擊計(jì)算范圍，該水平正方形區(qū)域的中心為O'、邊長為D，建立一個三維直角坐標(biāo)系(X、Y、Z)，三維直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)為O, X軸為正東方向，Y軸為正南方向，Z軸為垂直水平面方向向上,坐標(biāo)系原點(diǎn)O位于上述地面雷擊計(jì)算范圍內(nèi)最低點(diǎn)所在的水平面上，且O' O垂直于水平面；將上述地面雷擊計(jì)算范圍的地形表面劃分為N個三角形，定義各三角形的重心Au為地表匹配點(diǎn)，重心Au的坐標(biāo)記為(Xu, Yu, Zu), u = I, 2, . . . , N ；(2)將輸電線路中各導(dǎo)線分別劃分為W。段，各地線分別劃分為Wg段，每段導(dǎo)線和地線的中心位置的上表面為導(dǎo)線匹配點(diǎn)和地線匹配點(diǎn)，設(shè)輸電線路中第i根導(dǎo)線表面的第s個導(dǎo)線匹配點(diǎn)Acd s在上述三維直角坐標(biāo)系中的位置為(Xcd s，Yci s, Zci s)第j根地線表面第t個地線匹配點(diǎn)Agj t在上述三維直角坐標(biāo)系中的位置為(Xgj t，Ygj t, Zgj t)，其中，下標(biāo)c表示導(dǎo)線，下標(biāo)g表示地線，i = 1,2, . . . , N。，N。為輸電線路中導(dǎo)線的數(shù)量，]=1,2,...,Ng, Ng為輸電線路中地線的數(shù)量，s = 1,2, . . . , Wc, t = 1,2, . . . , Wg ；(3)設(shè)雷電下行先導(dǎo)在上述三維直角坐標(biāo)系中的起始位置為(XdOTn，Ydown, zd_)，其中Zd_為設(shè)定的雷云高度，雷電下行先導(dǎo)中電荷線密度qd_為qdown = 38 X IO^6I273其中I為根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)定的雷電流峰值，單位為千安；設(shè)雷電下行先導(dǎo)的初始長度為Ld_，方向?yàn)檠厣鲜鋈S直角坐標(biāo)系中的Z軸向下，記雷云電荷平均分布在高度為Zd_、圓心為上述雷電下行先導(dǎo)的起始位置(Xd_，Ydown,ZdoJ、直徑為dd(Md的圓形區(qū)域Sdtjud內(nèi)，雷云總電荷量為Qdtjud ；(4)根據(jù)步驟(3)設(shè)定的雷云電荷的分布位置和電荷量以及雷電下行先導(dǎo)的起始位置、初始長度和雷電下行先導(dǎo)中電荷線密度，計(jì)算地表匹配點(diǎn)、導(dǎo)線匹配點(diǎn)和地線匹配點(diǎn)的電壓如下第i根導(dǎo)線的第s個匹配點(diǎn)Aei s的電壓」為
權(quán)利要求
1.一種基于輸電線路結(jié)構(gòu)及地形的輸電線路三維雷擊計(jì)算方法，其特征在于該方法包括以下各步驟 (1)確定一個水平正方形區(qū)域，作為輸電線路下方地面雷擊計(jì)算范圍，該水平正方形區(qū)域的中心為(V、邊長為D，建立一個三維直角坐標(biāo)系(X、Y、Z)，三維直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)為O，X軸為正東方向，Y軸為正南方向，Z軸為垂直水平面方向向上，坐標(biāo)系原點(diǎn)O位于上述地面雷擊計(jì)算范圍內(nèi)最低點(diǎn)所在的水平面上，且O' O垂直于水平面；將上述地面雷擊計(jì)算范圍的地形表面劃分為N個三角形，定義各三角形的重心Au為地表匹配點(diǎn)，重心Au的坐標(biāo)記為(Xu, Yu, Zu), u = I, 2, . . . , N ； (2)將輸電線路中各導(dǎo)線分別劃分為W。段，各地線分別劃分為Wg段，每段導(dǎo)線和地線的中心位置的上表面為導(dǎo)線匹配點(diǎn)和地線匹配點(diǎn)，設(shè)輸電線路中第i根導(dǎo)線表面的第s個導(dǎo)線匹配點(diǎn)Acd s在上述三維直角坐標(biāo)系中的位置為(Xcd s，Yci s, Zci s)第j根地線表面第t個地線匹配點(diǎn)Agj t在上述三維直角坐標(biāo)系中的位置為(Xgj s，Ygj t, Zgj t)，其中，下標(biāo)c表示導(dǎo)線，下標(biāo)g表示地線，i = 1,2, . . . , N。，N。為輸電線路中導(dǎo)線的數(shù)量，i = l,2,..., Ng, Ng為輸電線路中地線的數(shù)量，s = 1,2,... ,Wc, t= 1,2,...,ffg； (3)設(shè)雷電下行先導(dǎo)在上述三維直角坐標(biāo)系中的起始位置為(Xd_，Ydown,Zd_)，其中Zdown為設(shè)定的雷云高度，雷電下行先導(dǎo)中電荷線密度qd_為 Qdown = 38 X IO-6I273 其中I為根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)設(shè)定的雷電流峰值，單位為千安； 設(shè)雷電下行先導(dǎo)的初始長度為Ld_，方向?yàn)檠厣鲜鋈S直角坐標(biāo)系中的Z軸向下，記雷云電荷平均分布在高度為Zd_、圓心為上述雷電下行先導(dǎo)的起始位置(Xd_，Ydown, Zd_)、直徑為Cldtjud的圓形區(qū)域Sdtjud內(nèi)，雷Z 總電荷量為Qcioud ； (4)根據(jù)步驟(3)設(shè)定的雷云電荷的分布位置和電荷量以及雷電下行先導(dǎo)的起始位置、初始長度和雷電下行先導(dǎo)中電荷線密度，計(jì)算地表匹配點(diǎn)、導(dǎo)線匹配點(diǎn)和地線匹配點(diǎn)的電壓如下 第i根導(dǎo)線的第s個匹配點(diǎn)Acd s的電壓」為
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于輸電線路結(jié)構(gòu)及地形的輸電線路三維雷擊計(jì)算方法，屬于輸電線路雷電防護(hù)領(lǐng)域。本發(fā)明方法利用現(xiàn)有的相對成熟的參數(shù)對雷擊過程建模，綜合考慮輸電線路結(jié)構(gòu)、輸電線路運(yùn)行電壓、地形、雷云電荷等因素對雷電發(fā)展過程的影響，對雷電下行先導(dǎo)、上行先導(dǎo)的發(fā)展進(jìn)行模擬，得到雷電擊中的位置。本發(fā)明方法計(jì)算得到的雷擊過程更加符合實(shí)際雷擊情況，因此當(dāng)用于計(jì)算實(shí)際工程的雷擊跳閘率時，提高了實(shí)際工程中輸電線路雷擊跳閘分析的準(zhǔn)確度；本發(fā)明方法能夠計(jì)算各種地形上的輸電線路的雷擊過程，使本發(fā)明的計(jì)算適用范圍更廣。
文檔編號G01R29/08GK102628913SQ20121010155
公開日2012年8月8日 申請日期2012年4月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月9日
發(fā)明者何金良, 余占清, 莊池杰, 廖永力, 曾嶸, 李志釗, 李謙, 沈曉麗, 袁駿 申請人:清華大學(xué)