[发明专利]一种感应雷和直击雷的仿真方法

说明书

本发明公开了一种感应雷和直击雷的仿真方法，涉及输电线路直击雷与感应雷辨识技术领域，根据电磁波传输规律建立解方程，根据实际线路建立仿真模型，通过解方程计算感应雷在输电线路上耦合的行波电流，得到雷击大地仿真技术模型；将直击雷仿真分为雷击避雷器仿真、雷击杆塔仿真和雷击导线仿真；分别对雷击避雷器仿真、雷击杆塔仿真和雷击导线仿真建立EMTP‑ATP仿真模型，并仿真计算相应的输电线路行波电流电磁暂态特征和特征分析。将输电线路监测装置监测记录到的波形与雷击避雷器、雷击杆塔和雷击导线波形特征进行对比，从而得到输电线路遭受到雷击情况。从而能够有效的对感应雷和直击雷进行仿真，且仿真得到的数据方便后续数据处理。

技术领域

本发明涉及输电线路直击雷与感应雷辨识技术领域，尤其涉及一种感应雷和直击雷的仿真方法。

背景技术

雷击过电压分为直击雷过电压和感应雷过电压，直击雷是指雷电直接击中电气设备、线路或建筑物，引起强大的雷电流流过这些物体导致整个系统过电压；感应雷是指雷云对地放电过程中，放电通道周围空间的电磁场发生急剧变化，在附近导体上产生感应过电压。

感应雷引起的过电压分为静电感应和电磁感应两个分量。在雷电放电的先导阶段，线路处于雷云及先导通道与大地构成的电场之中。由于静电感应电场将导线上的正电荷吸引到最靠近先导通道的一段导线上，成为束缚电荷。导线上的负电荷被排斥而向两侧运动，经由线路泄漏电导或系统中性点进入大地，因先导放电平均发展速度低，束缚电荷的聚集速度也较缓慢，由此呈现的导线电流也很小。在先导放电阶段尽管导线上有了束缚电荷，但它们在导线上各点产生的电场与先导负电荷产生的电场相平衡，结果使导线仍保持低电位。主放电开始以后，先导通道中的负电荷被迅速中和，使导线上的正电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播，由于主放电平均发展速度很快，所形成的电压波幅值可能很高，由此形成的过电压即为感应过电压的静电分量。在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围出现很强的脉冲磁场，根据法拉第电磁感应定理在回路中产生过电压，即为感应雷过电压的电磁感应分量。因此，感应雷和雷击仿真的研究是必须的。

发明内容

本发明的目的在于提供一种感应雷和直击雷的仿真方法，从而克服了现有没有感应雷和直击雷的仿真的缺点。

为实现上述目的，本发明提供了一种感应雷和直击雷的仿真方法，包括以下步骤：

S1、根据电磁波传输规律建立Agrawal方程，当大地为理想大地时，建立解方程，根据实际线路建立仿真模型，通过所述解方程计算感应雷在输电线路上耦合的行波电流，得到雷击大地仿真技术模型；

S2、根据直击雷的特性，将直击雷仿真分为雷击避雷器仿真、雷击杆塔仿真和雷击导线仿真；

S3、分别对所述雷击避雷器仿真、雷击杆塔仿真和雷击导线仿真建立EMTP-ATP仿真模型，仿真计算雷击避雷线时、雷击杆塔时及雷击导线时输电线路行波电流电磁暂态特征，并进行特征分析，仿真计算雷击避雷线时、雷击杆塔时及雷击导线时输电线路行波电流电磁暂态特征，并进行特征分析；

S4、将输电线路监测装置监测记录到的波形与所述S3得到的雷击避雷器、雷击杆塔和雷击导线波形特征进行对比，从而得到输电线路遭受到雷击情况。

进一步的，所述解方程为：

式(1)和式(2)中，为入射电场在高度h处沿导线方向的水平分量；u^sca(x,t)为散射电压为：为散射电场的垂直分量；

输电线路的总电压为：

u(x,t)＝u^sca(x,t)+u^mc(x,t) (3)

解方程的边界条件为：