[發明專利]一種復合桿塔過電壓仿真模型設計方法

在審

• 申請號: 201610032644.8
• 申請日: 2016-01-18
• 公開（公告）號: CN105740500A
• 公開（公告）日: 2016-07-06
• 發明（設計）人: 廖一帆;張福增;張宇嬌;普子恒
• 申請（專利權）人: 南方電網科學研究院有限責任公司;三峽大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 宜昌市慧宜專利商標代理事務所(特殊普通合伙) 42226
• 代理人: 夏冬玲

技術領域

本發明屬于電力系統輸電線路過電壓防治技術領域，特別是涉及一種復合桿塔過電壓仿真模型設計方法。

背景技術

隨著新型材料、制造工藝的發展，增強型復合材料開始廣泛應用于電子電氣領域。輸電線路中采用復合材料制成的絕緣桿塔，可以增強桿塔相對地和相間空氣絕緣強度和爬電距離，提高線路的防雷和防污性能，從而大大降低線路的電氣故障率。與傳統鐵塔相比，具有耐腐蝕、機械強度高、質量輕等優點，而且可以減少輸電線走廊寬度、提升桿塔的耐雷水平。輸電線路遭受雷擊而產生的過電壓易導致跳閘事故，為保障電網的安全穩定運行，需要合理的塔身結構與防護措施。

傳統鐵塔的防雷特性研究較多，而復合材料桿塔作為一種新型輸電桿塔，其防雷性能與普通鐵塔差異明顯。普通鐵塔可以通過塔身泄放雷電流，而復合桿塔塔頭絕緣，需要通過額外安裝接地引下線形成雷電流釋放通道。現有的桿塔過電壓仿真模型多是針對普通桿塔，對于復合桿塔的雷擊過電壓下的仿真模型也沒有相關標準。因此有必要結合復合桿塔特點設計合理的過電壓仿真模型。

發明內容

本發明的目的是提出一種復合桿塔過電壓仿真模型設計方法，即根據復合桿塔的結構，建立能反映復合材料在雷擊情況下過電壓特性的仿真模型，為桿塔設計提供依據。

本發明所采用的技術方案是：

一種復合桿塔過電壓仿真模型設計方法，

根據復合材料桿塔的結構尺寸、材料屬性建立復合桿塔多波阻抗模型；

根據接地引下結構建立分布參數模型；

建立輸電線路模型；

根據土壤類別建立接地電阻模型；

將上述模型按照實際結構合理組合，最終得到復合桿塔過電壓仿真模型。

具體步驟如下：

(1)、確定復合桿塔尺寸和選用材料，根據復合桿塔結構尺寸查找對應典型復合桿塔的復合材料沖擊閃絡特性參數以及空氣沖擊閃絡特性參數；

(2)、建立復合桿塔多波阻抗模型，對于單導體的波阻抗可用公式1計算：

式中，r和h分別是垂直于圓柱體的半徑和高度。

鑒于桿塔最多是4導體系統，對于多個導體的波阻抗計算公式為公式2，公式2中的re為多導體系統的等效半徑，按公式3計算。

式中，R為鄰近導體間的距離。

桿塔橫擔波阻抗計算公式如公式4：

式中，hk為桿塔橫擔的高度，rAk為對應橫擔的半徑。得到桿塔多波阻抗模型。

(3)、根據接地引下線設計，其電感值由公式5計算：

L_g＝L₀×h(5)

式中，L0為接地引下線單位長度電感值，h為接地引下線的高度。

對于接地引下線模型要根據結構進行設置，根據接地引下線在橫擔上的位置分為兩段，分別計算電感值加入整體模型。

(4)根據復合桿塔相連接的輸電線路參數，在ATP-EMTP軟件中建立輸電線路模型。

(5)根據土壤類別建立接地電阻模型，沖擊接地電阻值利用公式6計算：

式中，Rag為工頻電流下復合桿塔的接地電阻值，Im為雷電沖擊下流過復合桿塔的電流幅值，Ig是土壤發生電離的最小電流值。

(6)結合上述模型，按照實際結構合理組合，在ATP-EMTP中建立整體的復合桿塔過電壓仿真模型，此模型可以應用在線路的雷擊過電壓仿真中，計算復合桿塔的過電壓值及耐雷水平。

與現有技術相比，本發明一種復合桿塔過電壓仿真模型設計方法，具有以下優點：根據設計的復合桿塔典型結構，可通過上述方法建立復合桿塔過電壓仿真模型，研究不同材料參數及結構尺寸條件下復合桿塔的過電壓情況，為電網中復合桿塔的設計提供參考，提高復合桿塔的防雷性能。

如：在ATP-EMTP軟件中建立輸電線路模型。將工程實際中影響過電壓分布的因素以參數的形式反映到輸電線路模型之中，提高仿真運算的準確度與真實性。

在雷電過電壓與耐雷水平計算中，我國相關電力行業標準通常采用等值電路的方法來簡化計算。由于復合桿塔在我國并沒有大量投入運行，因此其過電壓模型研究較少。本發明即提供一種復合桿塔過電壓仿真模型設計方法。

附圖說明

圖1為復合桿塔過電壓仿真模型設計方法的流程圖。

圖2為某復合桿塔的結構圖；其中，1為地線、2為地線橫擔、3為接地引下線、4為導線橫擔、5為合成絕緣子拉條、6為導線、7為鋼管桿。