[发明专利]一种基于电感型避雷针防护的输电线路雷击跳闸率的计算方法

权利要求书

1.一种基于电感型避雷针防护的输电线路雷击跳闸率的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：收集输电线路实际电气参数、结构参数以及地形地貌信息；

S2：统计分析与处理雷电定位系统监测的输电线路的落雷数据；

S3：系统分析电感型避雷针的材料以及结构；

S4：基于COMSOL Multiphysics有限元多物理场仿真软件，仿真计算得到电感型避雷针的电容参数和电感参数，并最终得到电感型避雷针的高频等效电路模型；

S5：基于电磁暂态数值仿真程序PSCAD/EMTDC，建立精确的输电线路雷电过电压仿真分析模型，并计算输电线路耐雷水平；

S6：基于上述得到的输电线路落雷数据、地形地貌和耐雷水平，计算输电线路雷击跳闸率。

2.根据权利要求书1所述的一种基于电感型避雷针防护的输电线路雷击跳闸率的计算方法，其特征在于所述步骤S2中，落雷数据的统计分析与处理包括如下步骤：

S21：从雷电定位系统导出该输电线路近三年的落雷数据excel文件；

S22：利用MATLAB中提供的xlsread函数对excel文件进行读取，其主要的调用形式为a＝xlsread('filename.xls')；

S23：通过mean()函数求平均值，sum()函数求和，统计每基杆塔近三年的平均地闪密度以及雷电流幅值概率分布参数；

S24：利用自定义拟合函数f＝fittype()对雷电流幅值概率分布参数进行拟合，自定义函数表达式如下公式：

P(I₀)＝1/(1+(I₀/a)^b)

其中：I₀为雷电流幅值，kA；P(I₀)为雷电流幅值超过I₀的概率；a、b为参数。

S25：利用GUIDE工具箱制作GUI界面，对杆塔地闪密度及雷电流幅值概率分布参数进行输出。

3.根据权利要求书1所述的一种基于电感型避雷针防护的输电线路雷击跳闸率的计算方法，其特征在于所述步骤S4中，电感型避雷针的电容参数和电感参数的计算过程包括如下步骤：

S41：基于Auto CAD绘图软件建立电感型避雷针的三维轴对称模型；

S42：将模型导入COMSOL Multiphysics有限元多物理场仿真软件，并选择静电场；

S43：定义模型材料属性并施加边界载荷；

S44：对电感型避雷针线圈部分进行较细化剖分处理，对其他部分进行细化剖分处理；

S45：计算电感型避雷针每匝线圈的匝间分布电容C_d、对地分布电容C_e和电感L。

4.根据权利要求书1所述的一种基于电感型避雷针防护的输电线路雷击跳闸率的计算方法，其特征在于所述步骤S5中，精确的输电线路雷电过电压仿真分析模型包括导线、杆塔、绝缘子、雷电流、电感型避雷针模型。

5.根据权利要求书1所述的一种基于电感型避雷针防护的输电线路雷击跳闸率的计算方法，其特征在于所述步骤S6中，输电线路雷击跳闸率的计算包括如下步骤：

S61：确定输入量为每基杆塔近三年平均地闪密度、雷电流幅值概率分布参数、耐雷水平、绝缘子串的放电距离以及地形地貌，输出量为每基杆塔的雷击跳闸率；

S62：所述输电线路雷击跳闸率的具体计算公式为：

N＝N_Lη(gP₁+P_sf)

N_L＝0.1Ng(28h^0.6+b)

η＝(4.5E^0.75-14)×10^-2

其中：N为线路雷击跳闸率，次/(100km.a)；N_L为线路落雷次数，次/(100km.a)；N_g为地闪密度，次/(km².a)；h为杆塔高度，m；b为两根地线之间的距离，m；η为建弧率，E为绝缘子串的平均运行电压梯度的有效值，kV/m；l_i为绝缘子串长度，m；g为击杆率，平原地区取1/6，山区取1/4；P₁为线路反击闪络概率；P_sf为线路直击闪络概率。

S63：根据以上函数表达式在MATLAB中定义M函数，并编写模型计算代码；

S64：利用GUIDE工具箱制作GUI界面，对输电线路杆塔雷击跳闸率进行批量计算与输出。