[发明专利]基于全波电磁暂态模型的雷电过电压计算方法

说明书

本发明公开了一种基于全波电磁暂态模型的雷电过电压计算方法，包括：步骤1，将雷电流、输电线路、杆塔及杆塔接地网看作导体，构建输电线路、杆塔和接地极一体化的全波电磁暂停模型；步骤2，对雷电压或雷电流进行频域和时域的转换，得到雷电压或雷电流的时域信号；步骤3，采用矩量法计算杆塔的冲击响应特性，获得杆塔上泄漏电流和导体段电位的分布；步骤4，根据各导体段的泄漏电流和导体段电位，获得杆塔横担导体上电压，杆塔横担导体上电压与输电线路运行电压的差值即雷电过电压值。本发明可提高雷电过电压计算精度，为电力系统防雷提供可靠的技术支持，有利于制定切实可行的防雷技术方案。

技术领域

本发明属于电力系统防雷接地技术领域，具体涉及一种基于全波电磁暂态模型的雷电过电压计算方法。

背景技术

雷击输电线路是一个复杂的电磁暂态过程，但由于受计算方法及计算机发展水平的限制，在理论研究方法上进行了大量简化，使得雷电过电压的计算精度难以满足工程需要。降低雷击时的雷电过电压是电力系统防雷改造的主要目标之一，全国电力行业每年投资数十亿元用于防雷改造，虽然起到一定的效果，但并不理想。究其原因，一方面是由于雷电自身的复杂性和不确定性，给研究工作带来极大困难；另一方面，由于受试验条件、计算机技术及电磁场计算技术发展水平的限制，难以开展精细深入的研究。雷电作用下输电线路防雷技术的研究主要以“路”模型的形式，而以“场”模型开展的研究工作主要局限于对独立的线路，或杆塔，或地网方面，采用电磁场模型对线路、杆塔、地网统一模型的研究工作还有待进一步深入。建立符合工程实际的输电线路、杆塔、接地极数学模型是输电线路防雷技术理论研究的基础，也是准确计算雷电过电压的基础。电位概念只使用于静电场，在工频等似稳电场中只能近似成立，但在雷电环境中这一概念不再严格成立。

目前在输电线路雷电过电压研究中，大多采用电路模型进行研究，绝缘子串两端电压一般定义为杆塔横担电压与线路电压之差。雷电冲击下绝缘子串两端的电压应等于电场强度沿绝缘子串上下点的积分，但是静态场忽略了电场或磁场随时间变化及电、磁之间的相互转换；似稳场忽略了电磁场的推迟势效应，似稳场也常称为低频场；电磁波问题研究的是无源场，忽略了激励电流源或电压源，一般研究单一频率的问题；电磁辐射问题往往研究的是在电流密度分布及其变化规律已知条件下的单一频率的电磁问题；瞬态电磁场问题研究包括激励源、电磁相互转化、推迟势、频率丰富的电磁问题，是电磁场数值计算中最为复杂的问题之一。

在关于杆塔冲击响应的特性分析中，雷击时产生的电流沿着传输杆塔和雷击放电路径传播，一部分从杆塔顶端流至底端然后经过接地体装置向土壤散流，并且塔顶电压还会受到避雷线分流影响，然而，还很少有人在电磁场理论的基础上来分析电流传播与电磁场之间的关系，使得模型的建立并不准确。并且实际的累积过程中有电流的反射回击，反射电流的传播速度对雷击电流引起的电磁场也有着重要的影响。但是，关于这方面的理论模型并没有考虑到雷击电流反射波的传播速度对杆塔周围电磁场以及杆塔阻抗的影响。考虑到输电线路遭受雷击时，雷电过电压不仅受到杆塔自身的电阻影响，还与接地网冲击接地电阻与避雷线分流的影响，因此对模型进行优化，建立输电线路、杆塔和接地极一体化模型，准确分析计算雷电冲击下的雷电过电压。

发明内容

本发明的目的是提供一种精度更高的基于全波电磁暂态模型的雷电过电压计算方法。

为了输电线路雷电过电压研究中采用电路模型所导致的计算结果不准确问题，同时也为了解决杆塔冲击响应的特性分析中由避雷线分流所导致的计算模型不准确的问题，本发明基于全波分析法建立输电线路、杆塔和接地极一体化的全波电磁暂态模型，基于所建立的全波电磁暂态模型计算雷电过电压。本发明可进一步提高雷电过电压的计算精度，从而为电力系统防雷提供可靠的技术支持。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：