一種分析同塔雙回線路上相導(dǎo)線繞擊及繞擊跳閘率的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種分析同塔雙回線路上相導(dǎo)線繞擊及繞擊跳閘率的方法，通過改進傳統(tǒng)電氣幾何模型，結(jié)合桿塔塔形、導(dǎo)線掛點位置、地面傾斜角等對導(dǎo)線繞擊率進行分析，并推導(dǎo)出同塔雙回架空輸電線路上相導(dǎo)線繞擊率的計算方法，有利于后期有效應(yīng)對和預(yù)防此類雷擊問題。
【專利說明】一種分析同塔雙回線路上相導(dǎo)線繞擊及繞擊跳鬧率的方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電力【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種分析雷擊同塔雙回架空線路上相導(dǎo)線繞擊率的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著我國國民經(jīng)濟的發(fā)展，土地資源越發(fā)珍貴，同塔雙回架空輸電線路可有效節(jié)約土地資源，增加單位走廊面積輸電容量，減少投資，在電力系統(tǒng)得到越來越多的應(yīng)用。由于同塔雙回線路桿塔高度比單回架設(shè)輸電線路要高，更容易遭受雷擊，發(fā)生雙回同跳的概率增大，影響系統(tǒng)的運行可靠性，運行中希望盡量較少雷擊閃絡(luò)的概率，電力單位投入大量人力、物力、財力開展差異化防雷治理工作，需要對線路的整體防雷性能進行分析。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)中，用于評價線路繞擊耐雷水平的常用計算方法有:規(guī)程法、先導(dǎo)模型法和電氣幾何模型法；規(guī)程法由于頒布時間較早，推薦的計算方法針對單回架設(shè)線路，不適合同塔雙回架空輸電線路；先導(dǎo)模型法有其先進性和發(fā)展前景，但目前尚不成熟；電氣幾何模型法將放電特性與線路的結(jié)構(gòu)相聯(lián)系，與其他因素?zé)o關(guān)，較為準(zhǔn)確；但是目前電氣幾何模型缺乏對地形、同塔架設(shè)線路桿塔的分析研究。
[0004]對于500kV同塔雙回線路主力塔形多采用0°或負(fù)保護角，上相處在避雷線與中相導(dǎo)線之間，按照傳統(tǒng)電氣幾何模型，該相導(dǎo)線應(yīng)具有良好的屏蔽效果而不發(fā)生繞擊，在實際運行中卻時有發(fā)生雷電繞擊上相導(dǎo)線的事故發(fā)生。以安徽省為例，500kV同塔雙回線路自運行以來，發(fā)生四起雷電繞擊上山坡側(cè)上相導(dǎo)線的問題。一直以來，相關(guān)線路雷擊原理不能有效分析、計算該問題相關(guān)的繞擊率，亦無法指導(dǎo)線路設(shè)計以避免此類問題的一再出現(xiàn)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述技術(shù)缺陷，本發(fā)明公開了一種分析同塔雙回線路上相導(dǎo)線繞擊及繞擊跳閘率的方法，其特征在于:
[0006]對于同塔雙回架空輸電線路桿塔，根據(jù)其結(jié)構(gòu)對稱性，選擇桿塔一側(cè)線路分析，設(shè)避雷線、上相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線所在位置分別為A、O、B ;假設(shè)雷電流幅值為Is，雷電流Is確定的擊距為rs，以rs為半徑，分別以A、O、B為圓心作圓弧，以A、B為圓心的圓弧交于Ci, Ci的軌跡為AB連接線的垂直平分線；以A、O為圓心的圓弧交于Ai,交避雷線對地延長線于A0i’以0、B為圓心的圓弧交于Bi,交中相導(dǎo)線對地延長線與Bc^Ai和Bi之間的弧面即為上相導(dǎo)線的繞擊暴露弧面；若先導(dǎo)頭部進入AiBi弧面，雷電將擊中上相導(dǎo)線，即避雷線、中相導(dǎo)線的屏蔽保護失效而發(fā)生了繞擊；若先導(dǎo)頭部進入BiBtli弧面，雷電將擊中中相導(dǎo)線;若先導(dǎo)頭部進入AiAtli弧面，雷電將擊中避雷線；
[0007]當(dāng)雷電先導(dǎo)放電是均勻分布垂直地從高空向地面發(fā)展時，幅值為I的雷電流擊于保護弧AtlApBtlBi和暴露弧AiBi,其概率可以通過幾何法進行計算:
[0008] 在χ-y平面上，取上相導(dǎo)線位置為坐標(biāo)原點0(0，O)，避雷線為A (d，Ii1)，中相導(dǎo)線為B(d，h2)，Ill為避雷線與上相導(dǎo)線高度差，h2為中相導(dǎo)線與上相導(dǎo)線的高度差，d為避雷線和中相導(dǎo)線分別距離坐標(biāo)原點的水平距離；
[0009]幅值為I的雷電流繞擊于保護弧AtlAi對應(yīng)角度為(- Θ 繞擊于保護弧BtlBi對應(yīng)角度為O-02)，繞擊于暴露弧AiBi對應(yīng)角度為δ = J1- Θ廠θ 2-α「α 2，其中

【權(quán)利要求】
1.一種分析同塔雙回線路上相導(dǎo)線繞擊及繞擊跳閘率的方法，其特征在于: 對于同塔雙回架空輸電線路桿塔，根據(jù)其結(jié)構(gòu)對稱性，選擇桿塔一側(cè)線路分析，設(shè)避雷線、上相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線所在位置分別為A、O、B ;假設(shè)雷電流幅值為Is，雷電流Is確定的擊距為rs，以rs為半徑，分別以A、O、B為圓心作圓弧，以A、B為圓心的圓弧交于Ci, Ci的軌跡為AB連接線的垂直平分線；以A、0為圓心的圓弧交于Ai,交避雷線對地延長線于Atli,以O(shè)、B為圓心的圓弧交于Bi,交中相導(dǎo)線對地延長線與Btli, Ai和Bi之間的弧面即為上相導(dǎo)線的繞擊暴露弧面；若先導(dǎo)頭部進入AiBi弧面，雷電將擊中上相導(dǎo)線，即避雷線、中相導(dǎo)線的屏蔽保護失效而發(fā)生了繞擊；若先導(dǎo)頭部進入BiBtli弧面，雷電將擊中中相導(dǎo)線；若先導(dǎo)頭部進入AiAtli弧面，雷電將擊中避雷線； 當(dāng)雷電先導(dǎo)放電是均勻分布垂直地從高空向地面發(fā)展時，幅值為I的雷電流擊于保護弧AciAp B0Bi和暴露弧AiBi,其概率可以通過幾何法進行計算: 在χ-y平面上，取上相導(dǎo)線位置為坐標(biāo)原點0(0，0)，避雷線為A(d，hD，中相導(dǎo)線為B (d，h2)，Ill為避雷線與上相導(dǎo)線高度差，h2為中相導(dǎo)線與上相導(dǎo)線的高度差，d為避雷線和中相導(dǎo)線分別距離坐標(biāo)原點的水平距離； 幅值為I的雷電流繞擊于保護弧AtlAi對應(yīng)角度為(-Q1),繞擊于保護弧BtlBi對應(yīng)角度為0-θ2)，繞擊于暴露弧AiBi對應(yīng)角度為δ =，其中a, - aiTth(-sjd +hy Ir)，a2 = arcth{sjd; +/?/ Ir) ； θ !為直線 AiA 與 A 點對地延長線的夾角，θ2為直線BiB與B 點對地延長線的夾角，a i為直線OA與避雷線掛點位置對地延長線的夾角，α 2為直線OB與避雷線掛點位置對地延長線的夾角； 上述r為雷電流為I時的擊距，則雷電流為I時，上相導(dǎo)線的繞擊率P (I)為:
π~^ι ~α\ ~αι⑴
2π-(θι-α?)-(θ,-α2) 隨著雷電流的增大，擊距r增大，上相導(dǎo)線被避雷線、下導(dǎo)線或地面完全屏蔽，即以避雷線和上相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線為圓心圓弧交與一點，據(jù)此推算出該點為以避雷線、上相導(dǎo)線、下導(dǎo)線組成三角形的外接圓圓心，對應(yīng)的擊距rsmax為上相導(dǎo)線發(fā)生繞擊的最大擊距，用幾何分析法來確定最大擊距的表達式:
JOApB^AB\
λ.maxλ q,
^ ^ VOAB(2) 其中S_為三角形OAB的面積； 利用上述擊距rsmax，進一步根據(jù)IEEE推薦的擊距公式(3)，反推雷電流1_，超過Imax的雷電流則表示將不再發(fā)生繞擊:
P.6 + 1.71η(43 -/?線?各)]* 10'65 /?路<40mr, ^3」—(3)
[5.5*10'65hmi > 40m 其中:
為線路桿塔的聞度； 反推獲得Imax后，上相導(dǎo)線繞擊跳閘率P則由下式積分得出:
其中: Itl為發(fā)生閃絡(luò)的臨界雷電流； Ifflax為上相導(dǎo)線發(fā)生繞擊的最大擊距所對應(yīng)的的雷電流，當(dāng)Imax < 10時，上相導(dǎo)線繞擊率為O ; Dc(I)為雷電流幅值概率密度分布，其值通過如下方式獲得: 根據(jù)已有的雷電定位系統(tǒng)所記錄的歷年雷擊數(shù)據(jù)，采用如下式:
來擬合平均年雷電流幅值累積概率P1，并取De(I) =P1,,其中:所述標(biāo)準(zhǔn)式中a、b均通過上述雷電定位系統(tǒng)的歷年數(shù)據(jù)得出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于: 當(dāng)同塔雙回架空輸電線路桿塔處于山坡處時，選擇其上山坡一側(cè)桿塔線路，設(shè)避雷線、上相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線所在位置分別為Α、0、Β ;假設(shè)雷電幅值為Ii,雷電流Ii確定的擊距為ri;以A為半徑，分別以A、O、B為圓心作圓弧，以A、B為圓心的圓弧交于Ci, Ci的軌跡為AB連接線的垂直平分線；以A、0為圓心的圓弧交于Ai,交避雷線對地延長線于A0,以0、B為圓心的圓弧交于Bi,交中相導(dǎo)線對地延長線與Btl, Ai和Bi之間的弧面即為上相導(dǎo)線的繞擊暴露弧面；平行地面高度為A的平面Li為地面的保護面，與BiBtl弧面交與U、L2，若先導(dǎo)頭部進入Li平面、L1Btl弧面，則雷擊大地；若先導(dǎo)頭部進入AiBi弧面，雷電將擊中上相導(dǎo)線，即避雷線、中相導(dǎo)線的屏蔽保護失效而發(fā)生了繞擊；若先導(dǎo)頭部進入BiL1弧面，雷電將擊中中相導(dǎo)線；右先導(dǎo)頭部進入AiAc!弧面，雷電將擊中避雷線； 對于500kV及其以上規(guī)格的線路，考慮避雷線和中相導(dǎo)線對上相導(dǎo)線的屏蔽作用，其中^為雷電流Ii時的擊距，Φ為地面傾斜角，δ為暴露弧AiBi對應(yīng)角度，Li平面為雷電流Ii時地面的擊距，假設(shè)與BiBtl弧面相交于Lp L2, BiL1弧面為中相導(dǎo)線繞擊弧面； 當(dāng)?shù)孛鎯A斜角Φ較大，此時，Li與弧BiBtl面相交于U、L2, 為直線Li與直線L1B的夾角，β2為直線L1B與直線L2B夾角的一半，β3為直線LiS直線與桿塔的夾角，β4為地面保護弧面對應(yīng)角度；
則上相導(dǎo)線的繞擊率為:
當(dāng)?shù)孛鎯A斜角Φ較大時，隨著雷電流的增加，擊距^增大，Li與BtlBi弧相交點上移，造成中相導(dǎo)線的繞擊暴露面減小，因此上相導(dǎo)線的繞擊率增大，根據(jù)公式(6)可以計算出此時上相導(dǎo)線的繞擊率，同時結(jié)合式(2)至(5)，即可計算出上相導(dǎo)線繞擊跳閘率； 當(dāng)同塔雙回架空輸電線路桿塔處于山坡處時，選擇其下山坡一側(cè)桿塔線路，設(shè)避雷線、上相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線所在位置分別為Α、0、Β ;假設(shè)雷電幅值為Ii,雷電流Ii確定的擊距為ri;以A為半徑，分別以A、O、B為圓心作圓弧，以A、B為圓心的圓弧交于Ci, Ci的軌跡為AB連接線的垂直平分線；以A、0為圓心圓弧交于Ai,交避雷線對地延長線于A0,以0、B為圓心圓弧交于Bi,交中相導(dǎo)線對地延長線與Bc^Ai和Bi之間的弧面即為上相導(dǎo)線的繞擊暴露弧面；平行地面高度為A的平面Li為地面的保護面，若先導(dǎo)頭部進入Li平面，則雷擊大地；若先導(dǎo)頭部進入AiBi弧面，雷電將擊中上相導(dǎo)線，即避雷線、中相導(dǎo)線的屏蔽保護失效而發(fā)生了繞擊；若先導(dǎo)頭部進入BiBtl弧面,雷電將擊中中相導(dǎo)線；若先導(dǎo)頭部進入AiAtl弧面,雷電將擊中避雷線； 對于500kV及其以上規(guī)格的線路，考慮避雷線和中相導(dǎo)線對上相導(dǎo)線的屏蔽作用，當(dāng)?shù)孛鎯A斜角Φ增大，1^與導(dǎo)線距離增加，地面對線路的屏蔽作用進一步減弱，上相導(dǎo)線的繞擊率基本不發(fā)生變化，即同塔雙回線路上山坡側(cè)，上相導(dǎo)線的雷電繞擊率不變化。
【文檔編號】G01R31/08GK104076250SQ201410355463
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年7月24日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月24日
【發(fā)明者】劉靜, 程登峰, 王慶軍, 張名祥, 葉劍濤, 夏令至, 鄭世玲, 傅中 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)安徽省電力公司電力科學(xué)研究院, 中國能源建設(shè)集團安徽省電力設(shè)計院