一种结合地形地貌测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法技术

本发明专利技术公开了一种结合地形地貌测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，该方法首先获取的输电线路相关参数，然后按杆塔将输电线路分为多个区间，对每个区间采用等分的办法分成多个小段，通过杆塔经纬度坐标计算各段以及垂直于各段的辅助点的经纬度坐标，进而采用采用地理信息系统软件获取各段及辅助点的海拔高度，最后根据辅助点及到分段点的高度差与距离计算各段的地面倾角，再利用考虑击距系数与地面倾角的电气几何模型计算各段的绕击跳闸率。该方法可方便地计算出输电线路杆塔处的地面倾角，反映输电线路走廊的实际地形地貌特点，为评价输电线路避雷线的防雷效果提供了可靠依据。

【技术实现步骤摘要】
所属
本专利技术涉及一种结合地形地貌测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，特别是涉及一种基于电气几何模型，将地形数据与线路导线、地线特性相结合的高压输电线路雷电绕击跳闸率测量方法，适用于输电线路防雷设计和防雷改造，属于电力系统过电压领域。
技术介绍
我国高压输电线路通常采用架设避雷线进行雷电防护，但仍有发生雷电绕击导线现象，如安徽500kV超高压输电线路雷击跳闸占总跳闸的70％，贵州电网500kV雷击跳闸占总跳闸的71.6％；国家电网运行资料也表明雷击是引起输电线路非计划停电的主要原因之一。为此，有必要评估高压输电线的雷电绕击性能，以完善高压输电线的防雷设施，降低雷击跳闸率。为了分析高压输电线中的避雷线保护效果，国外最先提出了基于击距概念的电气几何模型(EGM，即electricgeometry model)，该模型已经从简单模型发展到考虑了地面倾角、风速等各种因素影响的复杂模型，在输电线路绕击性能分析中得到了广泛的应用。根据电气几何模型的原理，地面倾角和输电导线、避雷地线高度对输电线路雷电绕击跳闸率的影响较大，然而由于输电线路走廊地形复杂，走廊中地面倾角和输电导线、避雷线对地高度的获取比较困难。目前在高压输电线路绕击跳闸率的测算中，其输电导线和避雷地线(以下简称“导地线”)的高度均采用平均高度，地面倾角也只采用杆塔处的地面倾角，这样虽然使得电气几何模型计算方便，却不能反映输电线路走廊经过连续上坡、下坡、跨越沟壑等复杂地形对输电线路绕击跳闸率的影响，使得输电线路运行中的雷击跳闸率比设计值偏高，造成非计划停电。
技术实现思路
本专利技术主要是为解决高压输电路线路走廊地形实际参数和任意点导地线高度获取困难的问题，提供一种结合地形地貌测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法。其测量出的绕击跳闸率更接近应输电线路的实际情况，可反映输电线路两侧地形地貌不同对杆塔绕击跳闸率的影响。本专利技术实质是利用地理信息软件获取输电线路地形参数，将输电走廊海拔高度与导地线特性相结合计算任意点的高度，进而精确测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法。该方法首先搜集绕击跳闸率计算时需要的输电线路参数，其次按杆塔将输电线路分为多个区间，对每个区间采用等分的办法分成多个小段，通过杆塔经纬度坐标计算各段以及垂直于各段的辅助点的经纬度坐标，进而采用采用地理信息系统软件获取各段及辅助点的海拔高度，然后根据辅助点及到分段点的高度差与距离计算各段的地面倾角，同时将输电线路走廊各段的海拔高度与导地线特性相结合得到各分段导线与避雷线实际对地高度，最后利用考虑地面倾角的电气几何模型计算各段的绕击跳闸率，对各段的绕击跳闸率进行求和得到各个区间的绕击跳闸率即各基杆塔的绕击跳闸率。该方法可以方便地计算出输电线-->路杆塔处的地面倾角，反映输电线路走廊的实际地形地貌特点，为评价输电线路避雷线的防雷效果提供了可靠依据。本专利技术根据上述技术原理，其解决技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：第一步，获取输电线路参数，包括线路绝缘子闪络电压，杆塔基数，杆塔所在位置经度、纬度，杆塔结构参数，导地线特性及气象条件。其中，杆塔结构参数是指杆塔高度，避雷线之间的距离，导线到杆塔中心的距离，导线悬挂点高度；导地线特性包括弹性伸长系数、线膨胀系数、导线重量。第二步，对输电线路进行分段，确定输电走廊各分段点经纬度坐标与该点对应的导地线弧垂以及垂直于输电走廊的辅助点的经纬度坐标。本专利技术中假设线路杆塔在输电线路走廊方向遭受雷击的范围为杆塔与相邻杆塔档据的二分之一，对这一范围的输电线路走廊进行分段，采用近似等分的分段示意图如附图1所示，即将Tk基杆塔与Tk-1、Tk+1基杆塔之间的档距的二分之一分别等分为M、N段，每段的长度为ΔLM、ΔLN。由于各档据值不同，ΔLM、ΔLN值有一定的差别。N与对应的ΔLN的计算方法为：根据计算的要求，先假设每一小段的初始值为ΔL，则分段数N为：N=lk,k+12-ΔL2-dlΔL+1d1≠0lk,k+12-ΔL2ΔLd1=0---(1)]]>d1为的余数，lk，k+1为Tk基杆塔与Tk+1之间的档据，计算得到N后则与之对应的每一小段的值为：ΔLN=lk,k+12N+1---(2)]]>同理可以求的M和对应的每一小段值ΔLM。值得一提的是，两基杆塔的距离除采用上述等分的方法进行分段之外，还可以在上述分段的基础上再根据高差进行进一步的分段，甚至还可采用不等分的方法分段。如附图2所示，定义杆塔编号增大方向为大号方向，反之为小号方向，即对Tk塔而言，与Tk+1连线方向为大号方向，与Tk-1塔连线方向为小号方向。根据两点确定一条线段，线段上一点到一端的距离一定的原理，从而可以得到大号方向各分段点的经纬度算式为：其中：式中，i＝0，1...N，N为大号方向分段数，k表示第k基杆塔，k＝1，....t-1。NP(i)为第i段的纬度，Ep(i)为第i段的经度，N(k)表示第k基杆塔纬度坐标，E(k)表示第k基杆塔经度坐标；同理小号方向各点的经纬度表达式为：-->其中：式中，i＝M，...-1，0，M为小号方向分段数，k表示第k基杆塔，k＝2，...t，其他参数意义同上。忽略地球坐标系投影变换的影响，垂直于输电走廊方向各分段的辅助点经纬度坐标公式如(5)式所示：其中：式中，k＝1...t，Eprg，Nprg分别表示辅助点的经度与纬度坐标，该辅助点位于P点右侧，且到P点的距离为g，Eplg，Nplg分别辅助点的经度与纬度坐标，该辅助点位于P点左侧，且到P点的距离为g。Ep(i)、Np(i)为式(3)、(4)中的各分段点的经纬度坐标。根据悬链线方程，结合导地线特性，档据中间任意点的弧垂表达式为：其中：σ为线膨胀系数，l为相邻杆塔之间的挡距，lp为p点到杆塔的距离，g为自重比载，β为弹性伸长系数，t为温度，m表示已知气象条件，n表示待求气象条件。第三步，利用能够处理空间信息的地理信息软件，获取各点的海拔高度，进而确定各分段的地面倾角及导地线对地高度；各点的地面倾角示意图如附图3所示，附图3中，Prg表示过P点，垂直于第k基和第k+1基杆塔间输电走廊断面，且到P点距离为g的一点，该点用于辅助计算地面倾角，Ph-->为点P和Prg之间的高差，地面倾角计算公式为：θ＝arctan(Ph/Pd)    (7)任意两点之间的距离为：Dab＝RΦ    (8)其中R是地球平均半径，其值为：6.371*106m，是任意两点a、b之间的角度差，由下式计算：cosΦ＝sinNasinNb+cosNacosNbcosΔE式中，Na、Nb是a、b两点的纬度，ΔE是两点之间的经度差，单位均为度。由于输电线路走廊地形起伏不定，该专利中采用多个g值计算地面倾角的平均值的办法来表征各段的地面倾角。各点导线、地线对地高度计算示意图如附图4所示，相邻杆塔之间的导线上任意一点P对地距离Hpc为：式中HTk为Tk塔海拔高度；Hc为Tk塔导线悬挂点对地距离；fpc为P点弧垂，lp为P点距Tk塔的水平距离，Hp′为P点在地面投影的海拔高度，ψ为Tk-1与Tk塔挂线点之间的高差角，相邻杆塔海拔高度比Tk塔低，角度为正，否则为负。同理可得避雷线上任意点本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合地形地貌测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：第一步，获取输电线路参数，包括线路绝缘子闪络电压，杆塔基数，杆塔所在位置经度、纬度，杆塔结构参数，导地线特性及气象条件；第二步，对输电线路进行分段，确定输电走廊各分段点经纬度坐标与该点对应的导地线弧垂以及垂直于输电走廊的辅助点的经纬度坐标；第三步，利用地理信息软件，获取各点的海拔高度，进而确定各分段的地面倾角及导地线对地高度；第四步，采用考虑地面倾角的电气几何模型计算各分段的绕击跳闸率及各基杆塔的绕击跳闸率。

【技术特征摘要】
1.一种结合地形地貌测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，其特征在于所述计算方法包括如下步骤：第一步，获取输电线路参数，包括线路绝缘子闪络电压，杆塔基数，杆塔所在位置经度、纬度，杆塔结构参数，导地线特性及气象条件；第二步，对输电线路进行分段，确定输电走廊各分段点经纬度坐标与该点对应的导地线弧垂以及垂直于输电走廊的辅助点的经纬度坐标；第三步，利用地理信息软件，获取各点的海拔高度，进而确定各分段的地面倾角及导地线对地高度；第四步，采用考虑地面倾角的电气几何模型计算各分段的绕击跳闸率及各基杆塔的绕击跳闸率。2.根据权利要求1所述的测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，其特征在于上述第二步中对输电线路采用近似等分的办法进行分段。3.根据权利要求1所述的测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，其特征在于上述第二步中对输电线路采用近似等分的办法进行分段，在此基础上根据两段之间的高差进行进一步的分段，直到任意两段之间的高差满足要求为止。4.根据权利要求1、2或3所述的测量高压输电线路雷电绕击跳闸率的方法，其特征在于上述第二步中将杆塔编号增加的方向定义为大号方向，反之为小号方向，其大号方向各分段点经纬度坐标的算式为：其中：式中，i＝0，1...N，N为大号方向分段数，k表示第k基杆塔，k＝1，....t-1。N(k)表示第k基杆塔纬度坐标，E(k)表示第k基杆塔经度坐标；小号方向各分段点经纬度坐标的算式为：其中：式中，i=-M，…-1，0，M为小号方向分段数，k表示第k基杆塔，k=2，…t，N(k)表示第k基杆塔纬度坐标，E(k)表示第k基杆塔经度坐标；将垂直于输电走廊方向的点定义为辅助点，辅助点经纬度坐标的算式为：其中：式中，仁1…t，Eprg，nprg分别表示辅助点的经度与纬度坐标，该辅助点位于P点右侧，且到P点的距离为g，Epl...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴广宁，曹晓斌，李瑞芳，周利军，高国强，高波，朱军，马御棠，刘君，
申请(专利权)人：西南交通大学，
类型：发明
国别省市：90