[发明专利]架空电力线路杆塔处雷电感应电压计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及架空电力线路防雷、绝缘配合计算领域，具体为一种架空电力线路杆塔处雷电感应电压计算方法。

背景技术

雷击大地时，雷电释放出的脉冲电流将在数千米的空间范围内产生强烈的辐射电磁场。架空输配电线路距离长，裸露于空气当中，极易与雷电电磁场相耦合，形成线路过电压，严重的会造成线路对地或相间闪络、损坏端接变压器及开关设备等。特别是对于35kV及以下的架空配电线路而言，由于绝缘水平较低，雷电感应过电压已成为线路绝缘闪络、跳闸增多的主要原因。正确评估架空电力线路，特别是位于杆塔处的绝缘子、避雷器等装置所承受的雷电感应电压的强度和时变特性，对于线路防雷、确保其安全稳定运行具有重要意义。

已有文献均在忽略杆塔影响的情况下线路雷电感应过电压的计算，所得计算结果是存在缺陷的。因为根据电磁波传播的基本原理可知，在电磁波传播的路径上出现两种媒质时，由于电磁参数发生突变，会出现反射、折射等现象。因此，当雷电电磁场触及杆塔时，会发生畸变，这样的电磁场耦合到线路上所形成的感应电压也随之发生变化。

若要更准确地计算架空电力线路以及安装在杆塔上的绝缘子、避雷器等所承受的雷电感应电压，从而更合理地进行绝缘配合和防雷设计，就有必要考虑杆塔的影响。

发明内容

针对现有技术中的问题，本发明提供了一种考虑杆塔影响的情况下更加准确地计算架空电力线路所承受的雷电感应电压，为线路导线、绝缘子选型和线路绝缘配合设计提供理论依据的架空电力线路杆塔处雷电感应电压计算方法，本发明的技术方案如下：一种架空电力线路杆塔处雷电感应电压计算方法，其包括以下步骤：

101、获取多导架空线路雷电流波形特征参数，包括电流峰值I₀、波头时间τ₁和波尾时间τ₂、回击速度、衰减常数，建立基底雷电流模型i_s(0,t)和回击通道雷电流i_s(z',t)的数学模型，其中基底雷电流模型i_s(0,t)采用Heidler模型函数：

式中：I₀用于限定电流峰值；为峰值电流修正系数；τ₁、τ₂分别表示波头、波尾时间。

回击通道雷电流i_s(z',t)的数学模型采用改进传输线模型：

i(z',t)＝e^-λz'i_s(0,t-z'/v_i) t≥z'/v_i(2)

式中：z′为雷电通道高度；λ为衰减常数；v_i为雷电流回击速度；

102、获取空气、杆塔的介质参数，具体为在空气中的介电常数ε、磁导率μ和电导率σ；在杆塔中介电常数ε_f、磁导率μ_f和电导率σ_f。设置二维柱坐标系，对计算区域进行亚网格剖分，即对空气区域进行粗网格剖分，对杆塔进行细网格剖分，代入步骤101中的回击通道雷电流模型i_s(z',t)，根据亚网格时域有限差分法即Sub-grid FDTD，迭代计算雷电电磁场；

103、获取多导架空线路空间的位置参数，即在设定的计算坐标系中，获取多导架空导线所处的坐标位置，以及线路与雷击点的垂直距离d，根据架空电力线路与雷电流回击通道三维空间关系，将二维柱坐标系中计算所得的雷电场分量E_r沿架空线轴线方向进行分解转换E_x，此外，根据多导架空线路空间位置参数，计算多导架空线对应的单位长度电感系数矩阵L和单位长度电容系数矩阵C；

104、根据步骤103得到的雷电电场分量沿架空线路轴向的分解计算结果，及单位长度电感系数矩阵L和单位长度电容系数矩阵C，并输入架空线路始端和终端等值阻抗、架空线路长度，计算得出雷电电场对多导架空电力线路的电磁耦合的Agrawal模型，形成含有分布电源的传输线方程组；

105、将架空线路沿x方向以步长Δx剖分，时间离散步长取Δt，可得线路上雷电感应电压的迭代计算式

式中：和分别表示第(n+1)Δt时刻线路长度为kΔx处的感应电流列相量和散射电压向量；

获取架空线路始端和终端等值阻抗，修正边界