分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法
专利汇可以提供分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了分层 土壤 下 雷击 线路两相接地跨步 电压 测评系统及方法，实验箱上端搭载线路模 块 ，下端搭载跨步电压测试模块，实验箱下端面开口；冲击发生器通过三相出线与线路模块连接；三相线路通过线路 电阻 、断线 模拟器 和负载 变压器 与三相RLC负载连接；断线模拟器由 电流 传感器 、高压 开关 、电流采集装置、开关动作判断装置、 中央处理器 和无线收发装置组成，用于模拟输电线路两相断线接地故障；跨步电压测试模块用于分层土壤下的跨步电压测量；数据分析模块负责其余模块的操作与控制，并记录相关参数。本发明能有效模拟 水 平土壤分层工况下雷击输电线路产生过电压并造成线路两相断线接地故障，并对跨步电压进行有效测评。，下面是分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法专利的具体信息内容。
1.分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统，其特征在于，包括冲击电压源(2)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(17)和数据分析模块(23)；
所述实验箱(17)包括上端搭载的线路模块(32)和下端搭载的跨步电压测试模块(33)；
所述线路模块(32)包括A相线路(5)、B相线路(6)、C相线路(7)和三相负载(16)；三相负载(16)为RLC负载；冲击电压源(2)的输出端连接到A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7)的输入端；A相线路(5)包括依次连接的线路电阻一(8)、线路电阻四(12)和负载变压器(15)的A相变压单元，A相变压单元输出端连接到三相负载(16)；B相线路(6)包括依次连接的线路电阻二(9)、线路电阻五(13)和负载变压器(15)的B相变压单元，线路电阻二(9)的输入端为B相线路(6)的输入端，线路电阻二(9)的输出端连接到断线模拟器B(21)的输入导线B(201)，断线模拟器B(21)的输出导线B(202)连接到线路电阻五(13)的输入端，线路电阻五(13)的输出端连接到B相变压单元的输入端，B相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；C相线路(7)包括线路电阻三(10)、线路电阻六(14)和负载变压器(15)的C相变压单元，线路电阻三(10)的输入端为C相线路(7)的输入端，线路电阻三(10)的输出端连接到断线模拟器C(11)的输入导线C(101)，断线模拟器C(11)的输出导线C(102)连接到线路电阻六(14)的输入端，线路电阻六(14)的输出端连接到C相变压单元的输入端，C相变压单元的输出端也连接到三相负载(16)；
所述断线模拟器B(21)包括电流传感器四(204)、电流传感器五(205)、电流传感器六(206)、高压开关四(207)、高压开关五(208)、高压开关六(209)、电流采集装置B(213)、开关动作判断装置B(214)、中央处理器B(215)和无线收发装置B(216)；断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)分别连接到高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输入端，高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)的输出端相互连接；电流传感器四(204)、电流传感器五(205)和电流传感器六(206)分别套装在断线模拟器B(21)的输入导线B(201)、输出导线B(202)和接地导线B(203)，其输出端均连接到电流采集装置B(213)；高压开关四(207)、高压开关五(208)和高压开关六(209)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)，继电器四(210)、继电器五(211)和继电器六(212)均连接到开关动作判断装置B(214)；电流采集装置B(213)和开关动作判断装置B(214)连接到中央处理器B(215)，中央处理器B(215)通过无线收发装置B(216)连接到数据分析模块(23)；
所述断线模拟器C(11)包括电流传感器一(104)、电流传感器二(105)、电流传感器三(106)、高压开关一(107)、高压开关二(108)、高压开关三(109)、电流采集装置C(113)、开关动作判断装置C(114)、中央处理器C(115)和无线收发装置C(116)；断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)分别连接到高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输入端，高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输出端相互连接；电流传感器一(104)、电流传感器二(105)和电流传感器三(106)分别套装在断线模拟器C(11)的输入导线C(101)、输出导线C(102)和接地导线C(103)，其输出端均连接到电流采集装置C(113)；高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)，继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)均连接到开关动作判断装置C(114)；电流采集装置C(113)和开关动作判断装置C(114)连接到中央处理器C(115)，中央处理器C(115)通过无线收发装置C(116)连接到数据分析模块(23)；
所述跨步电压测试模块(33)包括第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)、第四层土壤(22)和电压测量机器人(18)；第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)第四层土壤(22)分别由不同电阻率的土壤均匀填充，第四层土壤(22)为试验场地所在大地；第一层土壤(19)同时与断线模拟器C(11)的接地导线C(103)、断线模拟器B(21)的接地导线B(203)紧密接触；电压测量机器人(18)位于第一层土壤(19)的面上，并无线连接到数据分析模块(23)。
2.如权利要求1所述的分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统的测评方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步：模拟雷击输电线路两相断线接地故障并进行电压测试，设定故障电流持续时间ts，通过电流传感器三(106)和电流传感器六(206)采集断线入地电流，并分别通过无线收发装置C(116)、无线收发装置B(216)无线传输到数据分析模块(23)；通过数据分析模块(23)控制电压测量机器人(18)测量不同跨步电压测试点的跨步电压以及跨步电压测试点分别到接地导线C(203)、接地导线B(103)的距离，并无线传输至数据分析模块(23)；
第二步：由下述公式计算每个测试点跨步电压理论值Uti：
ωk＝2πkf,k＝0,1,2,3,...,271 (1)
其中：
式(1)中，ωk表示第k个角频率，f为基波频率；式(2)中，φk为第k个相位，α为波前衰减系数，β为波尾衰减系数；式(3)中，Uti表示第i个跨步电压测试点的理论计算值，ri1为第i个跨步电压测试点与接地导线C(103)的距离，ri2为第i个跨步电压测试点与接地导线B(203)的距离，n为跨步电压测试点个数，Hk、M和L为系数，J0为第一类零阶贝塞尔函数；Iq为所测量得到的接地导线入地电流幅值，当q＝1时，I1为所测量得到的接地导线C(103)入地电流幅值，当q＝2时，I2为所测量得到的接地导线B(203)入地电流幅值；Rb为人体电阻，ρ1为实验箱(17)中第一层土壤电阻率，S为跨步距离，R0＝ρ/(4b)为接触电阻，b为等效接地半径，g为计及接触电阻的高斯误差系数，η、λ为积分变量；式(4)中A为波形矫正系数；式(5)、(6)中，μ1，μ2，μ3为系数，h1，h2，h3分别为第一层，第二层和第三层土壤深度；式(7)中ρl为第l层土壤的电阻率；
第三步：采用粒子群优化算法对跨步电压公式进行建模，计算出使跨步电压实测值与理论值误差最小的g值，步骤如下：
(1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体，设置停止条件；
(2)按照式(8)计算每个粒子位置的目标函数值：
式中，f(g)表示目标函数，Ufi表示第i个电压测试点的跨步电压测量值；
(3)更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置；
(4)更新每个粒子的速度和位置；
(5)若满足停止条件，则停止搜索，输出搜索结果；否则返回第2)步；
(6)根据优化得出最优值g0代入以下公式(9)，为优化后的理论公式：
式(9)中，Ut为优化后的跨步电压测试点的理论计算值，r1、r2分别为与土壤区域任意一点与接地导线C(103)、接地导线B(203)入地点的距离；
第四步：根据故障电流持续时间ts计算人体能承受的最大跨步电压限值U，并划分危险等级：
数据分析模块(23)依据式(10)计算人体能承受的最大跨步电压限值U，依据规则进行危险等级划分：当Ut
分层土壤下雷击线路两相接地跨步电压测评系统及方法
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