一种输电线路雷电绕击风险评估方法
【专利摘要】本发明公开了一种输电线路雷电绕击风险评估方法。包括：获取输电线路参数；建立绝缘子闪络的先导发展模型，建立接地电阻的暂态非线性模型，利用线路参数和所建立的模型计算线路的雷电绕击耐雷水平，利用所求的雷电绕击耐雷水平结合电气几何模型计算绕击风险跳闸率。本发明的输电线路雷电绕击风险评估方法，以运行人员容易理解的方式，实现了输电线路绕击风险概率的快速计算，对确保电网的安全稳定运行有重要意义。该方法简单直观，易于实现和理解，有较好的可操作性。
【专利说明】一种输电线路雷电绕击风险评估方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及输电线路雷击监测与保护【技术领域】，具体涉及一种输电线路雷电绕击风险评估方法。
【背景技术】
[0002]雷击是输电线路的主要危害，是造成线路跳闸停电事故的主要原因，多年统计数据表明，雷害造成的故障占到了线路跳闸故障的50%?70%。雷击线路形成的雷电过电压波，沿线路传播侵入变电所，也是危害变电所设备安全运行的重要因素之一。从富兰克林的风筝引雷试验开始，人类对雷电的研究已有两百多年的历史。自上世纪60年代，有关雷电机理和防雷保护的研究发展到新的阶段，理论分析、模拟试验、现场实测和电子计算机等综合使用。每一次线路高度和电压等级的提高，都给防雷计算提出了新难题，同时也促使人们积极改进防雷保护计算模型。国内外研究人员现在使用的计算方法主要有规程法、电气几何模型、先导发展模型、行波法、EMTP法以及蒙特卡罗法等。蒙特卡洛法又称统计模拟法，是以概率和统计理论方法为基础，使用随机数来解决很多实际计算问题的方法，能够比较逼真地模拟事件的随机特性及物理实验过程，而且受几何条件限制小，可解决一些数值方法难以解决的问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的就在于提供一种易于现场工作人员接受的输电线路雷电绕击风险评估方法，使线路雷电风险评估结果更接近运行实际情况，更易于现场推广使用。
[0004]本发明的技术方案为:
一种输电线路绕击风险评估方法，包括以下步骤:
步骤一、通过电力企业的管理信息系统简称MIS系统获取输电线路参数，所述输电线路参数包括:杆塔结构参数、绝缘子特性参数、导线参数、避雷线参数、避雷器参数，地形参数等。
[0005]步骤二、进行输电线路雷电绕击风险跳闸率的计算，所述绕击风险跳闸率又称绕击闪络率:
(1)、在电力系统暂态分析软件ATP-EMTP下利用上述步骤一获取的输电线路参数建立杆塔的波阻抗模型、绝缘子闪络的先导发展模型、以及接地电阻的暂态非线性模型；
(2)、利用第(I)步所建立的模型计算出线路的绕击耐雷水平；
绕击耐雷水平为利用电气几何模型计算绕击风险跳闸率的重要参数，其计算采用二分法获得，具体方法如下:
①在ATP-EMTP系统下建立的绝缘子闪络的先导发展模型中设定雷电流数值分别为I1和12，满足I1O2并且当雷电流幅值等于I1时绝缘子不发生闪络，雷电流幅值等于I2时绝缘子发生闪络；
②取I3=(11+12) /2，判断当雷电流幅值等于I3时绝缘子是否发生闪络，如果发生闪络则令I2=I3，否则令I1=I3;
③重复第②步多次，直到I1和I2的差值满足设定的精度要求时结束计算，输出绕击耐雷水平为工1。
[0006](3)、利用蒙特卡洛法对雷电绕击线路的随机特性进行模拟，并依据雷电参数所满足的概率分布抽取表征雷电特征的随机参数，包括:雷电流幅值、雷电先导位置、雷电流上升时间、半峰值时间。具体步骤如下:
①、构造或描述概率过程:
构造和描述雷电流幅值、雷电先导位置、雷电流上升时间、半峰值时间的随机概率过程，各随机参数都需满足给定的分布原则；
其中雷电流幅值满足规程规定的概率分布，规程法推荐我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按下式求得:
\& P =—-
g 88
式中:1为雷电流幅值，单位为kA，P为雷电流幅值超过I的概率，推导得到雷电流幅值概率密度函数为:
-1
/{/) = 0,0262 XlOli;
雷电先导位置J需考虑包括垂 直和平行于输电线路a z两个方向上的位置4，4 ;以杆塔所在位置处记为原点0,将一个档距记为5/73 ;dj, (64在引雷范围内服从卜零均匀分布；
雷电流上升时间服从对数正态分布,其中对数均值^3 =2us,对数标准差=0.4943US ；
雷电流半峰值时间服从对数正态分布，其中对数均值k=50us,对数标准差=0.4943us ；
②实现从已知概率分布抽样
利用上述概率模型产生随机变量，利用计算机随机抽取雷电流幅值、雷电先导位置、雷电流上升时间、半峰值时间等数值，使抽取的数值满足给定的分布；
(4)、结合绕击耐雷水平这一参数，将第(3)步中抽取到的一组随机数据代入建立的EGM模型，判断在这种条件下是否发生绕击闪络事故。
[0007]电气几何模型的基本理论如下所示:分析输电线路绕击屏蔽是否失效时，在垂直于线路的一个截面内，避雷线和导线的引雷范围都是通过以击距为半径的一段圆弧来表示，分别称为屏蔽弧，暴露弧，大地的引雷范围则通过一平行于地面的直线来表示。屏蔽弧，暴露弧和对地击距直线之间形成两点，这两点的位置决定了导线暴露在外的范围大小，也决定了导线被绕击的概率。取垂直于线路的一个截面来说明屏蔽失效的简化模型，该模型由一根导线、一根避雷线和参考地面组成。具体如图5所示。
[0008]附图中%为导线高度，<为避雷线高度，为避雷线对相线的保护角。雷电流强度为J的雷电先导在该截面定位位置为曲线SPGE，避雷线、导线对应的击距弧段SP和PG分别是以各自所在位置为圆心，以击距4^为半径的弧线，GE为平行于地面、高度为地面击距^的直线。定位于SP (屏蔽弧)上的落雷将击中避雷线，定位于PG (暴露弧)上的落雷将绕击导线,JT5为相线的暴露距离。定位于直线段GE上的落雷将击中地面。
[0009] (5)、重复以上(2)、(3)、(4)三个步骤N次，记录闪络的次数，便可得到绕击风险跳
闸率或绕击闪络率的概率估计值，其公式如下:
N
【权利要求】
1.一种输电线路雷电绕击风险评估方法，其特征在于，该方法包括以下步骤: 步骤一、通过电力企业的管理信息系统简称MIS系统获取输电线路的各项结构参数和运行参数； 步骤二、进行输电线路雷电绕击风险跳闸率的计算，所述绕击风险跳闸率又称绕击闪络率: (1)、在电力系统暂态分析软件ATP-EMTP下利用上述步骤一获取的输电线路参数建立杆塔的波阻抗模型、绝缘子闪络的先导发展模型、以及接地电阻的暂态非线性模型； (2)、利用第(I)步所建立的模型计算出输电线路的绕击耐雷水平，绕击耐雷水平为利用电气几何模型计算绕击风险跳闸率的重要参数，其计算采用二分法获得；其具体方法如下: ①在ATP-EMTP系统下建立的绝缘子闪络的先导发展模型中设定雷电流数值分别为I1和12，满足I1O2并且当雷电流幅值等于I1时绝缘子不发生闪络，雷电流幅值等于I2时绝缘子发生闪络； ②取I3=(11+12) / 2，判断当雷电流幅值等于I3时绝缘子是否发生闪络，如果发生闪络则令I2=I3，否则令I1=I3; ③重复第②步多次，直到I1和I2的差值满足设定的精度要求时结束计算，输出绕击耐雷水平为Il ; (3)、利用蒙特卡洛法对雷电绕击线路的随机特性进行模拟，并抽取表征雷电特征的随机参数: ①、构造或描述概率过程: 构造和描述雷电流幅值、雷电先导位置、雷电流上升时间、半峰值时间的随机概率过程，各随机参数都需满足给定的分布原则； 其中雷电流幅值满足规程规定的概率分布，规程法推荐我国一般地区雷电流幅值超过I的概率可按下式求得:
Ig P =:—
g 88 式中:1为雷电流幅值，单位为kA，P为雷电流幅值超过I的概率，推导得到雷电流幅值概率密度函数为: /(/) = 0,0262 XlOli; 雷电先导位置V需考虑包括垂直和平行于输电线路a z两个方向上的位置4， ;以杆塔所在位置处记为原点O,将一个档距记为5/73 -,dj, (64在引雷范围内服从[-平?/2,?零1.|/2]均匀分布； 雷电流上升时间服从对数正态分布,其中对数均值〖?2 =2us,对数标准差α =0.4943us ； 雷电流半峰值时间服从对数正态分布，其中对数均值^H=50us，对数标准差f=0.4943us ； ②实现从已知概率分布抽样 利用上述概率模型产生随机变量，利用计算机随机抽取雷电流幅值、雷电先导位置、雷电流上升时间、半峰值时间等数值，使抽取的数值满足给定的分布； (4)、结合绕击耐雷水平这一参数，将第(3)步中抽取到的一组随机数据代入建立的EGM模型即电气几何模型，判断在这种条件下是否发生绕击闪络事故； (5)、重复以上(2)、(3)、(4)三个步骤N次，记录闪络的次数，便可得到绕击风险跳闸率或绕击闪络率的概率估计值，其公式如下:
【文档编号】G06F17/50GK103488815SQ201310374778
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月26日 优先权日:2013年8月26日
【发明者】康淑丰, 张明旭, 冯洪润, 刘朝辉, 马永芳, 霍春燕, 王军, 赵志刚, 苏永杰, 李俭, 马超 申请人:国家电网公司, 国网河北省电力公司检修分公司