[发明专利]用于雷电反击的基于先导发展模型的绝缘子闪络仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于雷电反击的基于先导发展模型的绝缘子闪络仿真方法，属于电力系统电磁暂态计算技术领域。

背景技术

绝缘子冲击闪络模型对于准确计算输电线路的雷电反击过电压水平十分重要。当雷击中地线或杆塔后，在导线与地间会出现一定的电压波形。这时，需要根据绝缘子的闪络特性来判断是否会发生闪络、何时会发生闪络、闪络概率如何，进而预测此后线路中的电压电流变化。因此，绝缘子闪络模型就是从击穿的物理规律出发，得到的在冲击电压作用下绝缘子的端口特性。从简化的观点来看，闪络模型也可以称为闪络判据，即绝缘子两端的电压满足什么条件时，绝缘子发生闪络。如果能够建立一个简明的绝缘子闪络模型，并能使其接入到电磁暂态计算程序之中，就能大大简化输电线路的雷电防护设计过程。

发明内容

本发明的目的是提出一种用于雷电反击的基于先导发展模型的绝缘子闪络仿真方法，通过试验获得正负极性雷电冲击下的110～500kV瓷绝缘子和合成绝缘子间隙的闪络特性基础数据，从而能够更精确反映绝缘子上的实际闪络过程，提高电力系统雷击过程中关键环节的仿真计算精度。

本发明提出的用于雷电反击的绝缘子闪络仿真方法，以下各步骤：

（1）设定雷电击中输电线路杆塔顶部时，杆塔绝缘子上的电压波形为短尾波，短尾波的波尾时间为2—10μs；

（2）对110～500kV输电线路杆塔绝缘子施加标准雷电冲击波和短尾波，分别测量并记录绝缘子两端的电压U(t)、绝缘子上的电流和绝缘子闪络流注发展时间T_s，使用高速摄像机获取绝缘子闪络过程的图像；

（3）根据上述绝缘子闪络过程图像，测量得到绝缘子闪络先导发展长度x，对前后连续的闪络过程图像进行处理，得到先导发展速度v_L，通过下式，分别拟合得到与绝缘子闪络过程相关的常数E₀，以及拟合参数k₀、k₁、k₂：

其中U(t)为上述绝缘子两端的电压，T_S为绝缘子闪络流注发展时间，d为绝缘子长度，x为发展的先导长度；

（4）根据上述与绝缘子闪络过程相关的常数E₀，以及拟合参数k₀、k₁、k₂，判断雷电击中输电线路杆塔时，绝缘子是否发生闪络，以及发生闪络时闪络流注发展时间和闪络先导发展时间。

本发明建立的一种用于雷电反击的基于先导发展模型的绝缘子闪络仿真方法，其优点是：本发明方法适用于更接近雷电反击过程中绝缘子上实际波形的短尾波，从而能够更精确反映绝缘子上的实际闪络过程，提高电力系统雷击过程中关键环节的仿真计算精度，并能有效提升目前对输电线路防雷性能计算与评估的精度，使防雷计算对输电线路的防雷设计与防雷措施应用的指导作用进一步提高，从而有效提高防雷设计与改造的有效性和针对性，降低安全输电线路成本。本发明方法适用于各种防雷措施和防雷设计，将有效提高输电线路的防雷性能，降低设备雷击故障率，提高电网的安全稳定水平，保证输电线路的工作可靠性。本发明方法能够同时适用于短尾波冲击和标准波冲击、同时适用于110～500kV的绝缘子、同时适用于不同材质的瓷绝缘子和合成绝缘子以及同时适用于正负两种极性的雷电冲击波，因此具有很好的通用性。

具体实施方式

本发明提出的用于雷电反击的绝缘子闪络仿真方法，包括以下各步骤：

（1）设定雷电击中输电线路杆塔顶部时，杆塔绝缘子上的电压波形为短尾波，短尾波的波尾时间为2—10μs；

对于绝缘子闪络模型，以往的试验多是基于标准雷电波形（1.2/50μs）进行的。然而，很多研究表明，由于杆塔间及杆塔与大地之间折反射的影响，出现在绝缘子两端的雷电过电压波形多为短尾波，其波尾出现振荡，且衰减较快，与标准波有很大差异。针对非标准雷电波作用下间隙或绝缘子的放电特性已经有很多研究。这些研究表明，在各类的非标准波作用下，空气间隙具有完全不同于标准波作用下的放电电压和放电特性。

文献调研发现绝缘子两端波形均为短尾波，其波尾时间约2-10μs。