[發明專利]基于全波電磁暫態模型的雷電過電壓計算方法

有效

• 申請號: 201710147447.5
• 申請日: 2017-03-13
• 公開（公告）號: CN106940745B
• 公開（公告）日: 2020-01-10
• 發明（設計）人: 張昌;甘艷;黃瑞瑩;黃道春;文武;阮江軍
• 申請（專利權）人: 國家電網公司華中分部;武漢大學
• 主分類號: G06F30/31
• 分類號: G06F30/31;G06F113/04
• 代理公司: 42222 武漢科皓知識產權代理事務所(特殊普通合伙)
• 代理人: 胡艷

本發明公開了一種基于全波電磁暫態模型的雷電過電壓計算方法，包括：步驟1，將雷電流、輸電線路、桿塔及桿塔接地網看作導體，構建輸電線路、桿塔和接地極一體化的全波電磁暫停模型；步驟2，對雷電壓或雷電流進行頻域和時域的轉換，得到雷電壓或雷電流的時域信號；步驟3，采用矩量法計算桿塔的沖擊響應特性，獲得桿塔上泄漏電流和導體段電位的分布；步驟4，根據各導體段的泄漏電流和導體段電位，獲得桿塔橫擔導體上電壓，桿塔橫擔導體上電壓與輸電線路運行電壓的差值即雷電過電壓值。本發明可提高雷電過電壓計算精度，為電力系統防雷提供可靠的技術支持，有利于制定切實可行的防雷技術方案。

技術領域

本發明屬于電力系統防雷接地技術領域，具體涉及一種基于全波電磁暫態模型的雷電過電壓計算方法。

背景技術

雷擊輸電線路是一個復雜的電磁暫態過程，但由于受計算方法及計算機發展水平的限制，在理論研究方法上進行了大量簡化，使得雷電過電壓的計算精度難以滿足工程需要。降低雷擊時的雷電過電壓是電力系統防雷改造的主要目標之一，全國電力行業每年投資數十億元用于防雷改造，雖然起到一定的效果，但并不理想。究其原因，一方面是由于雷電自身的復雜性和不確定性，給研究工作帶來極大困難；另一方面，由于受試驗條件、計算機技術及電磁場計算技術發展水平的限制，難以開展精細深入的研究。雷電作用下輸電線路防雷技術的研究主要以“路”模型的形式，而以“場”模型開展的研究工作主要局限于對獨立的線路，或桿塔，或地網方面，采用電磁場模型對線路、桿塔、地網統一模型的研究工作還有待進一步深入。建立符合工程實際的輸電線路、桿塔、接地極數學模型是輸電線路防雷技術理論研究的基礎，也是準確計算雷電過電壓的基礎。電位概念只使用于靜電場，在工頻等似穩電場中只能近似成立，但在雷電環境中這一概念不再嚴格成立。

目前在輸電線路雷電過電壓研究中，大多采用電路模型進行研究，絕緣子串兩端電壓一般定義為桿塔橫擔電壓與線路電壓之差。雷電沖擊下絕緣子串兩端的電壓應等于電場強度沿絕緣子串上下點的積分，但是靜態場忽略了電場或磁場隨時間變化及電、磁之間的相互轉換；似穩場忽略了電磁場的推遲勢效應，似穩場也常稱為低頻場；電磁波問題研究的是無源場，忽略了激勵電流源或電壓源，一般研究單一頻率的問題；電磁輻射問題往往研究的是在電流密度分布及其變化規律已知條件下的單一頻率的電磁問題；瞬態電磁場問題研究包括激勵源、電磁相互轉化、推遲勢、頻率豐富的電磁問題，是電磁場數值計算中最為復雜的問題之一。

在關于桿塔沖擊響應的特性分析中，雷擊時產生的電流沿著傳輸桿塔和雷擊放電路徑傳播，一部分從桿塔頂端流至底端然后經過接地體裝置向土壤散流，并且塔頂電壓還會受到避雷線分流影響，然而，還很少有人在電磁場理論的基礎上來分析電流傳播與電磁場之間的關系，使得模型的建立并不準確。并且實際的累積過程中有電流的反射回擊，反射電流的傳播速度對雷擊電流引起的電磁場也有著重要的影響。但是，關于這方面的理論模型并沒有考慮到雷擊電流反射波的傳播速度對桿塔周圍電磁場以及桿塔阻抗的影響?？紤]到輸電線路遭受雷擊時，雷電過電壓不僅受到桿塔自身的電阻影響，還與接地網沖擊接地電阻與避雷線分流的影響，因此對模型進行優化，建立輸電線路、桿塔和接地極一體化模型，準確分析計算雷電沖擊下的雷電過電壓。

發明內容

本發明的目的是提供一種精度更高的基于全波電磁暫態模型的雷電過電壓計算方法。

為了輸電線路雷電過電壓研究中采用電路模型所導致的計算結果不準確問題，同時也為了解決桿塔沖擊響應的特性分析中由避雷線分流所導致的計算模型不準確的問題，本發明基于全波分析法建立輸電線路、桿塔和接地極一體化的全波電磁暫態模型，基于所建立的全波電磁暫態模型計算雷電過電壓。本發明可進一步提高雷電過電壓的計算精度，從而為電力系統防雷提供可靠的技術支持。

為達到上述目的，本發明采用如下技術方案：