一种引雷塔保护范围的评估方法与流程

本申请属于避雷技术领域，尤其涉及一种引雷塔保护范围的评估方法。

背景技术：

随着我国电力建设的不断推进，超、特高压输电线路的不断增多，为了确保输电线路的安全，人们一直在进行各类雷电检测和防雷技术的研究。目前防雷技术的做法是：在重要的输电走廊内，输电线路的旁边架设引雷塔来降低雷击线路的概率，因此，引雷塔的选址对于防雷效果至关重要。

但是现有技术中，对于引雷塔的保护范围并不明确，使得对于引雷塔的选址都是根据经验得到的，这种情况下，引雷塔的选址并不是最佳的。

因此，提供一种引雷塔保护范围的评估方法，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本申请提供了一种引雷塔保护范围的评估方法，用于引雷塔的保护范围评估。

有鉴于此，本申请第一方面提供了一种引雷塔保护范围的评估方法，包括：

101、设定待建引雷塔和被保护输电线路间隔的距离范围和初始距离，并计算待建引雷塔与被保护输电线路相隔初始距离时的初始绕击跳闸率；

102、在所述距离范围内，按照预置步进长度改变所述初始距离为新距离，计算每个所述新距离对应的新绕击跳闸率，并连接所述初始绕击跳闸率和所有所述新绕击跳闸率，得到所述距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线；

103、根据被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率，确定所述关联曲线上小于或等于所述预置绕击跳闸率的点，并在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为所述待建引雷塔和所述被保护输电线路的目标距离。

优选地，所述在所述距离范围内，按照预置步进长度改变所述初始距离为新距离，计算每个所述新距离对应的新绕击跳闸率，并连接所述初始绕击跳闸率和所有所述新绕击跳闸率，得到所述距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线具体包括：

在所述距离范围内，遍历所有整数距离作为所述新距离，计算每个所述新距离对应的新绕击跳闸率，并连接所述初始绕击跳闸率和所有所述新绕击跳闸率，得到所述距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线。

优选地，所述计算待建引雷塔与被保护输电线路相隔初始距离时的初始绕击跳闸率具体包括：

在有限元软件中，根据所述待建引雷塔的高度搭建所述待建引雷塔的三维几何模型，并在所述三维几何模型的顶部施加所述雷电流幅值的雷云电场，对引雷塔的放电过程进行模拟，直至所述三维几何模型的顶部产生预置长度的上行先导，将此时所述上行先导和下行先导之间的间距作为所述引雷塔击距；

根据所述被保护输电线路所处地区的雷电参数，结合线路击距公式组确定所述被保护输电线路的避雷线击距和导线击距；

根据所述引雷塔击距、所述导线击距、所述初始距离，确定所述引雷塔击距和所述导线击距的第一初始空间交点坐标，根据所述避雷线击距、所述导线击距，确定所述避雷线击距和所述导线击距的第二空间交点坐标；

基于所述第一初始空间交点坐标、所述第二空间交点坐标、所述雷电参数，通过投影宽度公式组，确定所述被保护线路的初始暴露投影宽度；

根据所述初始暴露投影宽度，基于绕击跳闸率公式确定所述初始暴露投影宽度对应的初始绕击跳闸率。

优选地，所述雷电参数包括：雷电流幅值、雷电入射角、雷电相角、雷电流幅值概率密度函数和雷电入射角概率密度函数。

优选地，所述线路击距公式组为：

其中，rc，rgw，rg分别为导线、避雷线和大地击距，kgw和kg分别为避雷线击距系数和大地击距系数，其中kgw＝1，kg＝0.9，i为雷电流幅值。

优选地，所述投影宽度公式组为：

其中，ic为线路绕击耐雷水平值，imax为线路发生绕击的最大雷电流幅值，p(θ)为雷电入射角概率密度函数，θ为雷电入射角，i为雷电流幅值，icosψ为雷电流相角，p(i)为雷电流幅值概率密度函数，w为初始暴露投影宽度，w1(icosψ)为雷电流相角icosψ为单个值时的暴露投影宽度，w2(i)为雷电流幅值i为单个值时的暴露投影宽度。

优选地，所述绕击跳闸率公式为：

s＝ngηw×10^-3×10²；

其中，w为初始暴露投影宽度，s为绕击跳闸率，单位为：次/100km/a，η为建弧率，ng为地面落雷密度。

从以上技术方案可以看出，本申请实施例具有以下优点：

本申请提供了一种引雷塔保护范围的评估方法，包括：101、设定待建引雷塔和被保护输电线路间隔的距离范围和初始距离，并计算待建引雷塔与被保护输电线路相隔初始距离时的初始绕击跳闸率；102、在所述距离范围内，按照预置步进长度改变所述初始距离为新距离，计算每个所述新距离对应的新绕击跳闸率，并连接所述初始绕击跳闸率和所有所述新绕击跳闸率，得到所述距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线；103、根据被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率，确定所述关联曲线上小于或等于所述预置绕击跳闸率的点，并在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为所述待建引雷塔和所述被保护输电线路的目标距离。

本申请中，求得待建引雷塔和被保护输电线路相隔不同距离时对应的绕击跳闸率，得到距离和绕击跳闸率的关联曲线，然后将关联曲线和被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率曲线进行对比，得到所有关联曲线上小于等于绕击跳闸率曲线的点，最后在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为待建引雷塔和被保护输电线路的目标距离，此时该目标距离即为该待建引雷塔的最佳保护距离，故可将此时的目标距离作为修建待建引雷塔的选址依据，解决了现有技术对于引雷塔的保护范围并不明确，使得对于引雷塔的选址不是最佳的技术问题。

附图说明

图1为本申请实施例中一种引雷塔保护范围的评估方法的第一实施例的流程示意图；

图2为本申请实施例中一种引雷塔保护范围的评估方法的第二实施例的流程示意图；

图3为本申请实施例中引雷塔击距的计算原理图；

图4为本申请实施例中空间坐标的计算原理图。

具体实施方式

本申请实施例提供了一种引雷塔保护范围的评估方法，用于引雷塔的保护范围评估。

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

请参阅图1，本申请实施例中一种引雷塔保护范围的评估方法的第一实施例的流程示意图，包括：

步骤101、设定待建引雷塔和被保护输电线路间隔的距离范围和初始距离，并计算待建引雷塔与被保护输电线路相隔初始距离时的初始绕击跳闸率。

需要说明的是，首先设定待建引雷塔和被保护输电线路间隔的距离范围和初始距离，并计算待建引雷塔与被保护输电线路相隔初始距离时的初始绕击跳闸率。

步骤102、在距离范围内，按照预置步进长度改变初始距离为新距离，计算每个新距离对应的新绕击跳闸率，并连接初始绕击跳闸率和所有新绕击跳闸率，得到距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线。

需要说明的是，在计算得到初始距离对应的初始绕击跳闸率后，在距离范围内，按照预置步进长度改变初始距离为新距离，计算每个新距离对应的新绕击跳闸率，并连接初始绕击跳闸率和所有新绕击跳闸率，得到距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线。

步骤103、根据被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率，确定关联曲线上小于或等于预置绕击跳闸率的点，并在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为待建引雷塔和被保护输电线路的目标距离。

需要说明的是，在得到关联曲线后，根据被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率，确定关联曲线上小于或等于预置绕击跳闸率的点，并在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为待建引雷塔和被保护输电线路的目标距离。

本实施例中，求得待建引雷塔和被保护输电线路相隔不同距离时对应的绕击跳闸率，得到距离和绕击跳闸率的关联曲线，然后将关联曲线和被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率曲线进行对比，得到所有关联曲线上小于等于绕击跳闸率曲线的点，最后在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为待建引雷塔和被保护输电线路的目标距离，此时该目标距离即为该待建引雷塔的最佳保护距离，故可将此时的目标距离作为修建待建引雷塔的选址依据，解决了现有技术对于引雷塔的保护范围并不明确，使得对于引雷塔的选址不是最佳的技术问题。

以上为本申请实施例提供的一种引雷塔保护范围的评估方法的第一实施例，以下为本申请实施例提供的一种引雷塔保护范围的评估方法的第二实施例。

请参阅图2，本申请实施例中一种引雷塔保护范围的评估方法的第二实施例的流程示意图，包括：

步骤201、在有限元软件中，根据待建引雷塔的高度搭建待建引雷塔的三维几何模型，并在三维几何模型的顶部施加雷电流幅值的雷云电场，对引雷塔的放电过程进行模拟，直至三维几何模型的顶部产生预置长度的上行先导，将此时上行先导和下行先导之间的间距作为引雷塔击距。

需要说明的是，在有限元软件中，根据引雷塔高度搭建待建引雷塔的三维几何模型，并在三维几何模型的顶部施加雷电流幅值的雷云电场，对引雷塔的放电过程进行模拟，具体过程参考图3，雷云对引雷塔放电时，下行先导步进，雷云产生向引雷塔发展的放电通道(即下行先导)，引雷塔上的可控放电避雷针产生向上的迎面先导，与下行的雷电先导相连时，即认为雷云对引雷塔放电，直至三维几何模型的顶部产生预置长度的上行先导(即图中描述产生连续稳定的上行先导)，一般认为预置长度为2m将此时上行先导和下行先导之间的间距作为引雷塔击距。可以理解的是，本实施例中，为了便于描述，用r＝|ldown-lup|表示引雷塔击距，其中ldown和lup分别表示雷击发生时下行先导头部位置和上行先导头部的头部位置。

步骤202、根据被保护输电线路所处地区的雷电参数，结合线路击距公式组确定被保护输电线路的避雷线击距和导线击距。

需要说明的是，雷电参数包括：雷电流幅值、雷电入射角、雷电相角、雷电流幅值概率密度函数和雷电入射角概率密度函数。

进一步地，线路击距公式组为：

其中，rc，rgw，rg分别为导线、避雷线和大地击距；kgw和kg分别为避雷线击距系数和大地击距系数，其中kgw＝1，kg＝0.9，i为雷电流幅值。

步骤203、根据引雷塔击距、导线击距、初始距离，确定引雷塔击距和导线击距的第一初始空间交点坐标，根据避雷线击距、导线击距，确定避雷线击距和导线击距的第二空间交点坐标。

需要说明的是，空间交点坐标的计算过程为：

以被保护输电线路的底部中心为原点坐标o(0,0)，即图4的o点，根据被保护输电线路导线、避雷线的呼高、绝缘子串的长度、横担长度分别求出导线、避雷线的坐标ai(xi，yi)，再根据引雷塔和被保护线路的距离di和高差hi，得出引雷塔顶部避雷针的坐标bi(xj，yj)，然后根据两组解中z1，z2值应取较大的那组，确定引雷塔击距和导线击距的第一初始空间交点坐标。

此处，可以理解的是，一般被保护输电线路还会安装有避雷线，还可以根据公式两组解中z3，z4值应取较大的那组。确定避雷线的击距和导线击距的第二空间交点坐标。

需要说明的是，当被保护线路为多相导线时，分别按照上述过程计算第一初始空间交点坐标和第二空间交点坐标。

步骤204、基于第一初始空间交点坐标、第二空间交点坐标、雷电参数，通过投影宽度公式组，确定被保护线路的初始暴露投影宽度。

需要说明的是，初始暴露投影宽度的计算过程为：

以第一初始空间交点坐标和第二空间交点坐标作为雷电流的击中点，计算该击中点时的初始暴露投影宽度。需要说明的是，当被保护输电线路为多相导线时，分别计算各相导线和待建引雷塔与避雷线的屏蔽作用，同时考虑导线之间的屏蔽作用(即优先级)。

进一步地，投影宽度公式组为：

其中，ic为线路绕击耐雷水平值，imax为线路发生绕击的最大雷电流幅值，p(θ)为雷电入射角概率密度函数，θ为雷电入射角，i为雷电流幅值，icosψ为雷电流相角，p(i)为雷电流幅值概率密度函数，w为初始暴露投影宽度，w1(icosψ)为雷电流相角icosψ为单个值时的暴露投影宽度，w2(i)为雷电流幅值i为单个值时的暴露投影宽度。

步骤205、根据初始暴露投影宽度，基于绕击跳闸率公式确定初始暴露投影宽度对应的初始绕击跳闸率。

需要说明的是，绕击跳闸率公式为：

s＝ngηw×10^-3×10²；

其中，w为初始暴露投影宽度，s为绕击跳闸率，单位为：次/100km/a，η为建弧率，ng为地面落雷密度。

其中，建弧率的具体取值如表1。

表1建弧率

步骤206、在距离范围内，按照预置步进长度改变初始距离为新距离，并返回步骤203，确定每一新距离对应的新绕击跳闸率。

步骤207、连接初始绕击跳闸率和所有新绕击跳闸率，得到距离范围内的距离和绕击跳闸率的关联曲线。

步骤208、根据被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率，确定关联曲线上小于或等于预置绕击跳闸率的点，并在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为待建引雷塔和被保护输电线路的目标距离。

本实施例中，求得待建引雷塔和被保护输电线路相隔不同距离时对应的绕击跳闸率，得到距离和绕击跳闸率的关联曲线，然后将关联曲线和被保护输电线路的电压等级对应的预置绕击跳闸率曲线进行对比，得到所有关联曲线上小于等于绕击跳闸率曲线的点，最后在所有点中将绕击跳闸率最小的点对应的距离，作为待建引雷塔和被保护输电线路的目标距离，此时该目标距离即为该待建引雷塔的最佳保护距离，故可将此时的目标距离作为修建待建引雷塔的选址依据，解决了现有技术对于引雷塔的保护范围并不明确，使得对于引雷塔的选址不是最佳的技术问题。

以上所述，以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。