[发明专利]一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法

说明书

本发明公开了一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法，通过电感型限流避雷针的初步设计，建立该避雷针的经常长模型，根据电感手册中线圈电感的计算方法，得到电感值，基于匝间电容、每匝对地电容和限流避雷针每匝电感的电感型限流避雷针的高频等效电路模型，采用电磁暂态仿真分析软件，建立电感型限流避雷针的电磁暂态仿真计算程序，分析引入输电线路后对雷电流幅值及线路反击耐雷水平的影响，若对反击耐雷水平的提高效果不明显，则以枚举式方式，通过改变电感型限流避雷针的结构尺寸、材料等，单一改变电感、匝间电容或对地电容达到要求。

技术领域

本发明涉及输电线路防雷领域，特别涉及一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法。

背景技术

雷击跳闸是我国输电线路跳闸故障的主要原因之一。随着人们对输电线路雷电机理及其防护方法研究的深入，输电线路防雷技术取得了丰富的研究成果，在一定程度上降低了输电线路的雷害事故。但是，随着电力设备和保护装置等技术的完善，雷击输电线路导致的线路跳闸仍然是我国输电线路故障的主要原因，提高输电线路性能对系统的安全稳定运行有着十分重要的意义。

近年来，以降低雷电流陡度和幅值进而降低雷害事故的电感型限流避雷针受到了关注。目前其研究工作主要从“电路”角度建模和分析其限流效果和防雷机理。实际上，“电路”模型是“电磁场场”问题的近似，特别是施加快速变化雷电流的电感线圈，必须对其“电磁场”问题充分研究才能得到准确的“电路”模型。现有“电路”模型在解释电感型限流避雷针防雷原理时存在不足。因此不能证明电感型电流避雷针的基本防雷原理及其防雷效果，更加没有优化设计方法的提出。

发明内容

为了克服现有技术存在的不足，本发明提供一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法。

本发明采用如下技术方案：

一种基于枚举式的电感型限流避雷针优化设计方法，包括如下步骤：

S1设计一电感型限流避雷针，其具体结构为：采用一根铜导线绕在磁导率为μr的圆柱体上，所述圆柱体的材料为A，圆柱体半径为R，长度为H，铜导线半径为r，缠绕N匝，匝间距离为d，所述铜导线缠绕后外层浇筑相对介电常数为εr的材料B，导线经刚性良导体引出作为避雷针；

S2采用有限元分析方法建立S1中电感型限流避雷针的静电场模型，并提取其高频下电磁暂态参数，包括各匝间分布电容Cd和各匝对地分布电容Ce；

S3根据电感手册中线圈电感计算方法，得到限流避雷针中线圈的电感值，并初步估算线圈电感值的范围；

S4建立关于匝间电容、每匝对地电容和限流避雷针每匝电感的电感型限流避雷针的高频电路模型；

S5采用电磁暂态仿真分析软件在S4建立的高频电路模型建立电感型限流避雷针的电磁暂态仿真模型，输入雷电流通过避雷针观察分析雷电流的变化；

S6采用电磁暂态仿真分析软件在S5基础上，建立输电线路、雷电流、杆塔及绝缘子的模拟雷电击中杆塔顶部的仿真分析模型，分别仿真分析避雷针模型装设在杆塔顶部及未装设电感型限流避雷针时线路的反击耐雷水平；

S7如果反击耐雷水平不符合用户要求，通过改变匝间电容、每匝电感及每匝对地电容，进而改变高频电路模型，然后重复S5及S6验证防雷效果，直到符合要求。

所述S3中线圈电感计算方法采用如下公式：

其中为μ₀真空磁导率，μ_r为介质相对磁导率，N为线圈匝数，D为线圈直径，所述D＝2R，H为线圈长度，K_α表示系数，所述α＝H/D。