[发明专利]输电线路单相断线短接杆塔的生物安全评估平台及方法

权利要求书

1.输电线路单相断线短接杆塔的生物安全评估平台的评估方法，其特征在于，包括电源模块(31)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(19)和数据分析模块(20)；

所述电源模块(31)包括依次连接的工频电源(1)、整流器(2)、逆变器(3)和变压器(4)；

所述实验箱(19)包括上端搭载的线路模块(32)和下端搭载的跨步电压测试模块(33)；

所述线路模块(32)包括A相线路(5)、B相线路(6)、C相线路(7)和三相负载(16)；三相负载(16)为RLC负载；变压器(4)的三相出线分别连接到A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7)的输入端；A相线路(5)包括依次连接的线路电阻一(8)、线路电阻四(12)和负载变压器(15)的A相变压单元，A相变压单元输出端连接到三相负载(16)；B相线路(6)包括依次连接的线路电阻二(9)、线路电阻五(13)和负载变压器(15)的B相变压单元，B相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；C相线路(7)包括线路电阻三(10)、线路电阻六(14)和负载变压器(15)的C相变压单元，线路电阻三(10)的输入端为C相线路(7)的输入端，线路电阻三(10)的输出端连接到断线模拟器(11)的输入导线(101)，断线模拟器(11)的输出导线(102)连接到线路电阻六(14)的输入端，线路电阻六(14)的输出端连接到C相变压单元的输入端，C相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；

所述断线模拟器(11)包括电流传感器一(104)、电流传感器二(105)、电流传感器三(106)、高压开关一(107)、高压开关二(108)、高压开关三(109)、电流采集装置(113)、开关动作判断装置(114)、中央处理器(115)和无线收发装置(116)；断线模拟器(11)的输入导线(101)、输出导线(102)和接杆塔导线(103)分别连接到高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输入端，高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输出端相互连接；电流传感器一(104)、电流传感器二(105)和电流传感器三(106)分别套装在断线模拟器(11)的输入导线(101)、输出导线(102)和接杆塔导线(103)上，其输出端均连接到电流采集装置(113)；高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)，继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)均连接到开关动作判断装置(114)；电流采集装置(113)和开关动作判断装置(114)连接到中央处理器(115)，中央处理器(115)通过无线收发装置(116)连接到数据分析模块(20)；

所述跨步电压测试模块(33)包括模拟地面(17)、电压测量机器人(18)、杆塔(150)和接地装置(151)；模拟地面(17)由均匀布置的土壤填充；断线模拟器(11)的接杆塔导线(103)连接到杆塔(150)，杆塔(150)塔脚连接到接地装置(151)；从接地装置(151)任一端部开始每隔一定距离布置一个电流传感器四(152)；电压测量机器人(18)位于模拟地面(17)上，为远程操控可移动的真实人体比例模型，内部设有等值电阻用于模拟人体电阻，同时还具备距离传感器，并无线连接到数据分析模块(20)，将测量到的跨步电压和测试点与接杆塔导线(103)的距离数据无线传输至数据分析模块(20)；

第一步：设定故障电流持续时间，通过电流传感器四(152)采集接地装置(151)测试点电流，通过数据分析模块(20)控制电压测量机器人(18)测量不同点跨步电压并记录电压测试点到两个相邻电流测试点的中点的距离；

第二步：由下式计算每个电压测试点跨步电压理论值：

式(1)中U_ti表示第i个跨步电压测试点的理论计算值；I_k为第k个电流测试点与相邻的第k+1个测试点测得的电流幅值差的绝对值，k＝1,2,3，…，n-1；I_n为第n个电流测试点与相邻的第1个测试点测得的电流幅值差的绝对值；r_ik为第i个电压测试点到第k个电流测试点与相邻的第k+1个电流测试点的中点的距离，r_in为第i个电压测试点到第n个电流测试点与相邻的第1个电流测试点的中点的距离；n为电流测试点个数，m为电压测试点个数，R_b为人体电阻，ρ为实验箱中土壤电阻率，S为跨步距离，R₀＝ρ/(4b)为接触电阻，b为等效接地半径；η为积分变量；g为计及接触电阻的高斯误差系数；

第三步：采用粒子群优化算法对跨步电压公式进行建模，计算出使跨步电压实测值与理论值误差最小的g值，步骤如下：

(1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；

(2)按照式(2)计算群体最优位置：

式中，U_fi为第i个电压测试点的跨步电压实测值，f为均方根误差函数；

(3)更新每个粒子的速度和位置；

(4)计算每个粒子位置的误差函数值，同时更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；

(5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第(3)步；

(6)根据优化得出最优值g₀代入公式(1)，优化后的理论公式为：

式(3)中，U_t为优化后的土壤区域任意点的跨步电压理论值；r_k为任意电压测试点到第k个电流测试点与相邻的第k+1个电流测试点的中点的距离，r_n为任意电压测试点到第n个电流测试点与相邻的第1个测试点的中点的距离；

第四步、计算人体能承受的最大跨步电压限值，并划分危险区域：

式中，t_s为故障电流持续时间，数据分析模块(20)依据(4)式计算人体能承受的最大跨步电压限值U，依据规则进行危险区域划分：当U_tU时，为安全；当U_t≥U时，为危险。