專利名稱：一種測量架空輸電線路檔距兩端不等高時雷電繞擊率的方法
技術領域：
本發明涉及一種測量輸電線路檔距兩端不等高時雷電繞擊率的方法，特別涉及一 種架空輸電線路檔距兩端不等高時輸電線路繞擊概率的計算方法，屬于過電壓與絕緣配合 領域。
背景技術：
架空輸電線路雷擊引起的停電是非計劃停電的主要原因。為了評估和設計架空輸 電線路的防雷擊性能，常需要確定輸電線路的雷電繞擊導線的概率，簡稱雷電繞擊率。目 前，測算輸電線路雷電繞擊率的方法主要有規程法，電氣幾何模型法，先導法等。其中，規程 法認為繞擊率與雷電流幅值大小無關，對地形的考慮只用山區和平地來區分；先導法認為 雷擊是由于下行雷電先導和地面上物體產生的上行先導的相遇而發生的，與雷電流幅值和 結構物的高度有關，但計算復雜；基于擊距概念的電氣幾何模型法認為繞擊跳間率與雷電 流幅值有關，與被雷擊的結構物體有關，計算時通常是將導線平均高度帶入電氣幾何模型 法的公式，進行計算。然而，實際的輸電線路往往經過山區、丘陵等地形，檔距兩端導線等高 的情況非常少見，所以上述方法雖然對于檔距兩端導線等高的情況誤差較小，但是對于檔 距兩端導線不等高的情況會造成很大誤差，很難真正地反映出輸電線路的雷電繞擊率，從 而影響到輸電線路復雜地形地段的防雷評估和設計，造成輸電線路運行時雷擊故障比設計 值高，雷擊故障占非計劃停電的比例高。
發明內容
本發明的目的是提供一種測量檔距兩端導線不等高時輸電線路雷電繞擊率的方 法，該方法能提高反應輸電線路桿塔位置的真實情況，較好反映輸電線路的雷電繞擊性能。本發明實現上述目的的技術原理是利用傳統電氣幾何模型將保護弧和暴露弧沿 著檔據方向擴展為保護弧面和暴露弧面，在計算其投影面積的基礎上得到繞擊率，其原理 如附圖一所示。分別以桿塔處避雷線S和導線C為中心，以避雷線擊距rs、導線擊距r。為 半徑作弧線相交于B點，再以地面擊距rg作一水平線DE與以C為中心的圓弧相交于D點。 離避雷線S距離為b/2(b為兩根避雷線的水平距離)處作一垂直于水平面的虛線，此線與 以rs為半徑的弧交于A點，同樣的方法，在檔距內的另一邊桿塔作圖，相應的交點分別為 B'、D'、A'。再在檔距中取任一截面，其對應的弧長分別用⑩，FB1表示’ Q1表示線 段C" D"與水平面的夾角，92表示線段C" B"與水平面的夾角，hs，h。分別表示任意截面 對應的避雷線和導線高度。如圖中所示，IZ^稱為保護弧面，即雷電先導擊中該弧面時， 將擊中避雷線，導線得以保護；^^弧面為暴露弧面，即雷電先導擊向此弧面時，導線被 雷擊中，或者說避雷線屏蔽保護失效；若先導頭部落入平面，則擊中大地。隨著雷電 流幅值增大，暴露弧面^^逐漸縮小，當雷電流幅值增大到Imax時縮小為0，即不再發生繞擊。傳統電氣幾何模型估算線路繞擊率時，用導線和避雷線平均高度處的數值代入計 算，本發明中，根據導地線屬于懸鏈線這一特性，利用懸鏈線方程計算檔據范圍內任意截面 的導線、避雷線高度。本發明依據上述技術原理而采用的技術方案包括以下步驟第一步，獲取輸電線路計算繞擊率相關參數，包括輸電線路絕緣子閃絡電壓或者 線路電壓等級，桿塔結構參數(指避雷線間距，導線懸掛點對地距離，避雷線懸掛點對地距 離，導線間距)，桿塔相對位置(指兩基桿塔的檔距和高差)、導線地線特性(指導地線的單 位長度重量)，代表檔據(指一個耐張段計算得到的等效檔據)及代表檔據對應的弧垂。第二步，利用電氣幾何模型將暴露弧沿著檔據方向擴展為暴露弧面，然后按照下
列算式確定輸電線路一個檔據的暴露弧面的投影面積: 其中 式中，1'表示該檔距所對應的代表檔距，F表示代表檔距對應的導線弧垂(見圖 2)，X表示檔距任一截面離桿塔的水平距離，Xa桿塔所在位置坐標，Hal表示A點處導線的高 度，Rg表示雷電先導對地擊距，r。表示雷電先導對導線擊距，θ 2表示保護弧與水平面之間 的夾角(見圖1)，W任意點χ導線到避雷線的距離，a保護角(見圖1)。第三步，利用電氣幾何模型將保護弧沿著檔據方向擴展為保護弧面，按照下列算 式確定輸電線路一個檔據的雷擊弧面(雷擊弧面是指保護弧面和暴露弧面之和)的投影面 mAA'B'Barea+BB'D'Darea (見圖 1): 其中，λ 7為固定值^，導線到桿塔中心的水平距離。第四步，根據雷擊導線弧面和雷擊弧面投影面積之比計算雷電繞擊率，即按照下 列算式計算
暴露弧面搬廁只 Ρφρα,)=暴露弧面臓面積+W弧面臓面積
即可得出被測輸電線路的雷電繞擊率。
如果將上述暴露弧面投影面積(BB1DfDarea )和雷擊弧面投影面積 帶入繞擊率的計算公式中:pa—、--^
本發明的技術效果是，它基于電氣幾何模型的基本原理，采用了沿檔據方向的暴 露弧面與雷擊弧面的投影面積的比值來確定繞擊率，比較客觀地反映雷電繞擊導線的概 率；與以往采用導線平均高度進行的計算方法相比，采用懸鏈線方程計算任意截面的導線、 地線的高度，所以計算出的輸電線路的雷電繞擊率的精確度較高。
下面結合附圖和實施例進一步說明本發明。圖1是電氣幾何模型沿檔距方向的三維圖。圖2是檔距內導線高度位置示意圖。
具體實施例方式本發明首先收集輸電線路相關數據，包括輸電線路絕緣子閃絡電壓或者線路電壓 等級，桿塔結構參、桿塔相對位置、導線地線特性，代表檔據。按照雷電擊距技術原理建立沿 輸電線路檔據方向的三維電氣幾何模型，見圖1 ；根據導線、地線的懸鏈線方程，計算任意 截面的導線、地線高度見圖2。其中，1表示檔距的實際長度，h表示檔距兩端高差，1’表示 該檔距所對應的代表檔距，F表示代表檔距對應的導線弧垂，χ表示檔距任意截面離桿塔的 水平距離，Hc表示桿塔處導線高度。其次，按照下列算式確定沿檔據方向的導線的暴露弧面的投影面積
5
再次，按照下列算式確定沿檔據方向雷擊弧面的投影面積 其中λ 7為固定值，導線到桿塔中心的水平距離。最后按照下列算式確定繞擊率或 舉列說明在500kV雙避雷線輸電線路中，某一檔距兩端桿塔導線高度分別為50 米、40米，導地線水平距離SC = 1. 55米，導線到桿塔中心的水平距離ac為12. 55米，保護 角α為130，檔距長1為570米，代表檔距為620米，代表檔距對應的弧垂為24. 967米，假 設雷電流為21kA，則可計算出各參數數值
BB7D7DZa = /(λ/Λ^4 + 毛乂 + ^x2 + + Λ+ 義6)辦其中，
0
g _ 16 尸2
A1 = -B. 7497 X 10_8 A 2 = 8. 9252XlCT5 λ 3 = -2. 76Χ1(Γ2 λ 4 = -1. 2524 λ 5 = 5221. 3 λ 6 = -69. 6414 λ 7 = 12. 55
則根據本發明中的公式可計算得到 BB'D'Darea% 179. 5017
AA'B'Barea+BB'D'Daren% :45801 最終，得到檔距兩端導線不等高時雷電繞擊率為ρ a(spgn) = 0.39%。
權利要求
一種測量架空輸電線路檔距兩端不等高時雷電繞擊率的方法，其特征在于該方法包括以下步驟第一步，獲取輸電線路相關參數，包括輸電線路絕緣子閃絡電壓或者線路電壓等級、桿塔結構參數、桿塔位置、導線地線特性；第二步，利用電氣幾何模型將暴露弧沿著檔據方向擴展為暴露弧面，然后確定暴露弧面投影面積；第三步，利用電氣幾何模型將保護弧沿著檔據方向擴展為保護弧面，然后確定雷擊弧面的投影面積；第四步，利用下列算式即可得出待測輸電線路的雷電繞擊率。FSA00000207808500011.tif
2.根據權利要求1所述的測量雷電繞擊率的方法，其特征在于所述暴露弧投影面積 按以下算式確定 其中， 式中，χ表示檔距任意截面離桿塔的水平距離，1表示檔據長度，1’表示該檔距所對應 的代表檔距，F表示代表檔距對應的導線弧垂，xA桿塔所在位置坐標，Hal表示A點處導線的 高度，Rg表示雷電先導對地擊距，rc表示雷電先導對導線擊距，θ 2表示保護弧與水平面之 間的夾角，^任意點χ導線到避雷線的距離，a保護角。
3.根據權利要求1所述的測量雷電繞擊率的方法，其特征在于所述雷擊弧面的投影面 Pi AA'B1Barea +BB'DrDarea )按以下算式確定 其中/I7 二 ，w為代表檔距對應的弧垂。
全文摘要
本發明公開了一種架空輸電線路檔距兩端不等高時雷電繞擊率的測量方法。該方法包括第一步，測量待計算繞擊率的輸電線路相關參數；第二步，確定暴露弧面投影面積；第三步，確定雷擊弧面投影面積；第四步，確定繞擊率。本發明克服了以往采用導線平均高度計算所帶來的誤差，可用于輸電線路復雜地形地段的防雷評估和設計，節約輸電線路防雷建設的經費。
文檔編號G01B21/28GK101915566SQ201010238828
公開日2010年12月15日 申請日期2010年7月28日 優先權日2010年7月28日
發明者劉君, 吳廣寧, 周利軍, 曹曉斌, 朱軍, 李瑞芳, 蘇杰, 馬御棠, 高國強, 高波 申請人:西南交通大學