[发明专利]低土壤电阻率地区输电杆塔雷击跳闸率测试方法

权利要求书

1.一种低土壤电阻率地区输电杆塔雷击跳闸率测试方法，其特征在于，首先建立了雷击跳闸率测试平台，该雷击跳闸率测试平台包括冲击电压发生器(11)、数据测量分析控制模块(17)、无线电流传感器(7)、单刀双掷开关(8)、同轴电缆(24)、第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)、避雷线一(81)、避雷线二(82)、A相线路(91)、B相线路(92)、C相线路(93)；

所述冲击电压发生器(11)的输出端通过同轴电缆(24)和单刀双掷开关(8)连接，并引至注入点，无线电流传感器(7)套接在同轴电缆(24)上；

所述避雷线一(81)、避雷线二(82)分别将第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)串接起来；

所建立的雷击跳闸率测试平台中第一基杆塔(21)包括杆塔主体一(101)、A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)、接地引下线一(161)、接地装置一(61)以及沙池(5)；A相绝缘子串一(131)两端分别连接杆塔主体一(101)与A相线路(91)，B相绝缘子串一(132)两端分别连接杆塔主体一(101)与B相线路(92)，C相绝缘子串一(133)两端分别连接杆塔主体一(101)与C相线路(93)；杆塔主体一(101)底部通过接地引下线一(161)连接到接地装置一(61)上，接地装置一(61)埋设在沙池(5)中，并且沙池(5)中装有低土壤电阻率的土壤(18)；

所建立的雷击跳闸率测试平台中第二基杆塔(22)包括杆塔主体二(102)、A相绝缘子串二(141)、B相绝缘子串二(142)、C相绝缘子串二(143)、接地引下线二(162)、接地装置二(62)；A相绝缘子串二(141)两端分别连接杆塔主体二(102)与A相线路(91)，B相绝缘子串二(142)两端分别连接杆塔主体二(102)与B相线路(92)，C相绝缘子串二(143)两端分别连接杆塔主体二(102)与C相线路(93)；杆塔主体二(102)底部通过接地引下线二(162)连接到接地装置二(62)上，接地装置二(62)埋设在土壤中；

所建立的雷击跳闸率测试平台中第三基杆塔(23)包括杆塔主体三(103)、A相绝缘子串三(151)、B相绝缘子串三(152)、C相绝缘子串三(153)、接地引下线三(163)、接地装置三(63)；A相绝缘子串三(151)两端分别连接杆塔主体三(103)与A相线路(91)，B相绝缘子串三(152)两端分别连接杆塔主体三(103)与B相线路(92)，C相绝缘子串三(153)两端分别连接杆塔主体三(103)与C相线路(93)；杆塔主体三(103)底部通过接地引下线三(163)连接到接地装置三(63)上，接地装置三(63)埋设在土壤中；

所建立的雷击跳闸率测试平台中数据测量分析控制模块(17)包含高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)、数据采集器(3)、无线接收模块(2)、上位机(1)、信号控制器(12)；其中高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)分别接在A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)的两端，并通过数据采集器(3)连接到上位机(1)上；无线接收模块(2)将无线电流传感器(7)采集的电流传输至上位机(1)；上位机(1)通过控制信号控制器(12)改变冲击电压发生器(11)的输出电压；

该方法的步骤包括：

S1：模拟雷击输电线路杆塔塔顶，并进行反击耐雷水平测试；

S2：针对低土壤电阻率区域，改变沙池(5)中土壤(18)的土壤电阻率，从10Ω·m开始，每间隔10Ω·m取一个土壤电阻率，并重复进行第S1步，测得该土壤电阻率下的反击耐雷水平；

S3：由下式计算不同土壤电阻率下，反击耐雷水平理论值I_y0：

式中，I_y0为反击耐雷水平理论值，L为接地装置导体的总长度，B为形状系数，l为几何尺寸，L_gt为杆塔的等效电感，h_d为输电导线的平均高度，U₅₀％为绝缘子串的闪络电压，α为分流系数，K为经电晕校正后的耦合系数，h为接地装置埋深，d为接地装置导体直径，ρ为土壤电阻率，m为误差系数，η为积分变量；

S4：采用粒子群优化算法对反击耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使反击耐雷水平实测值与理论值误差最小的m值；

S5：采用粒子群优化算法对低土壤率地区反击耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使反雷水平实测值与理论值误差最小的m₀值；将优化得出最优值m₀代入式(1)，得到以下优化后的理论公式：

式(2)中，I_y为优化后的反击耐雷水平理论计算值；

S6：将冲击电压发生器(11)的输出端通过单刀双掷开关(8)接到C相线路(93)，模拟雷电绕击输电线路，并进行绕击耐雷水平测试；

S7：改变C相导线半径r从2.25mm开始，每间隔0.5mm取一个导线半径，并重复进行S6步，测得不同导线半径下的的绕击耐雷水平；

S8：由下式计算不同导线半径下，绕击耐雷水平理论值I_r0：

式中Z₀为雷电通道波阻抗，h_p为边相导线高度，r为导线半径，l_j为绝缘子串长度，μ₀为真空中的磁导率，ε₀为真空的介电常数；

S9：采用粒子群优化算法对绕击耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使绕击耐雷水平实测值与理论值误差最小的m值；

S10：采用粒子群优化算法对低土壤电阻率地区绕击耐雷水平理论计算公式进行优化建模，计算出使绕击耐雷水平实测值与理论值误差最小的m₁值；将优化得出最优值m₁代入，得到以下优化后的理论公式：

式中，I_r为优化后的绕击耐雷水平理论计算值；

S11：将步骤S5优化后的反击耐雷水平I_y和步骤S10优化后的绕击耐雷水平I_r代入，可得出优化的雷击跳闸率理论公式：

式中，L_j为雷击跳闸率，M为年落雷日数，I_y为反击耐雷水平，θ为避雷线对边相导线的保护角，h_t为杆塔高度，I_r为绕击耐雷水平，h_arc为避雷线弧垂，G为击杆率，D为避雷线间距，L_xj为绝缘子串闪络距离，U₁为线路额定电压，H_b为避雷线与杆塔连接处的离地高度。