[发明专利]计及线路土壤电阻率差异化的雷击跳闸率试验方法

权利要求书

1.一种计及线路土壤电阻率差异化的雷击跳闸率试验方法，其特征在于，首先建立计及线路土壤电阻率差异化的雷击跳闸率试验平台，该试验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)、同轴电缆一(24)、同轴电缆二(9)、同轴电缆三(10)、双向触点(8)、第一基杆塔(21)、第二基杆塔(22)、第三基杆塔(23)、避雷线(81)、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一(24)连接至双向触点(8)，双向触点输出端分别连接着同轴电缆二(9)、同轴电缆三(10)，其中同轴电缆二(9)连接着第一基杆塔(21)的塔顶，同轴电缆三(10)连接着第一基杆塔(21)的C相线路(93)，无线电流传感器(7)套接在同轴电缆一(24)上；

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

所述的试验平台第一基杆塔(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)中装有可变土壤电阻率的土壤(18)；

所述的试验平台第二基杆塔(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；

所述的试验平台第三基杆塔(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；

所述的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：针对高土壤电阻率区域，改变沙池(5)中土壤(18)的土壤电阻率，从550Ω·m开始，每间隔50Ω·m取一个土壤电阻率，并重复进行步骤S1，测得不同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：

式中，L为接地装置导体的总长度，h为接地装置埋深，d为接地装置导体的直径，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，U_50％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，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：重复步骤S4，最终得出在高土壤电阻率区域、较高土壤电阻率区域、特高土壤电阻率区域，误差系数m的最优值，分别为m₀、m₁、m₂，代入以下公式(2)、(3)、(4)，得到优化后的理论公式：

式中，I_y为优化后的反击耐雷水平理论计算值；

S6：将得到的反击耐雷水平I_y带入下式，由此得到反击跳闸率：

式中，I_y为优化后的反击耐雷水平理论计算值，G为击杆率，h_arc为避雷线弧垂，H_b为避雷线与杆塔连接处的离地高度，L_xj为绝缘子串闪络距离，U₁为线路额定电压，M为年落雷日数；

S7：模拟雷击C相线路(93)，并进行绕击耐雷水平测试；

S8：针对不同的导线半径，改变输电线路的导线半径，从8mm开始，每间隔0.5mm取一个导线半径，并重复进行S7，测得该输电导线半径下的绕击耐雷水平，进而得到不同输电线宽度下，绕击耐雷水平理论值I₁：

Z₀为雷电通道波阻抗，h_b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，m为误差系数；

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m₃值；

S10：将得到的绕击耐雷水平带入如下公式计算绕击跳闸率：

R为绕击跳闸率，θ为避雷线对边相导线的保护角，h_g为杆塔高度，I_r为优化后的绕击耐雷水平，D为避雷线间距；

S11：将步骤S4优化后的反击耐雷水平I_y和步骤S9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为优化的雷击跳闸率，G为击杆率。