专利汇可以提供计及线路土壤电阻率差异化的雷击跳闸率试验方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 提供一种计及线路 土壤 电阻 率 差异化的 雷击 跳闸率试验方法,其特征在于,搭建了一个试验平台,试验平台包括冲击 电压 发生器、数据测量分析控 制模 块 、无线 电流 传感器 、同轴 电缆 一、同轴电缆二、同轴电缆三、第一基杆塔、第二基杆塔、第三基杆塔、避雷线、A相线路、B相线路、C相线路。试验方法为:同轴电缆一连接 冲击电压发生器 与双向触点,双向触点另一端分别连接C相线路与杆塔顶部,发生器 连接线 上环绕无线电流传感器,将测量数据由无线电流传感器反馈给数据测量分析 控制模块 ,计算得到雷击跳闸率。本发明能有效计算不同土壤电阻率条件下输电线路的雷击跳闸率,从而实现对于输电线路与杆塔结构的雷击安全测评。,下面是计及线路土壤电阻率差异化的雷击跳闸率试验方法专利的具体信息内容。
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;
所述的测试平台中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。
2.根据权利要求1所述的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,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,Lgt为杆塔的等效电感,hd为输电导线的平均高度,U50%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,Iy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Iy带入下式,由此得到反击跳闸率:
式中,Iy为优化后的反击耐雷水平理论计算值,G为击杆率,harc为避雷线弧垂,Hb为避雷线与杆塔连接处的离地高度,Lxj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,hb为边相导线高度,r为导线半径,lj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,hg为杆塔高度,Ir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Iy和步骤S9优化后的绕击耐雷水平Ir代入,可得出优化的雷击跳闸率理论公式:
式中,Lj为优化的雷击跳闸率,G为击杆率。
3.根据权利要求2所述的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,所述步骤S1的具体过程是:
1)、将双向触点(8)的触头接至同轴电缆二(9),打开冲击电压发生器(11),输出幅值为U的雷电压至第一基杆塔(21)的塔顶,无线电流传感器(7)记录注入第一基杆塔(21)塔顶的雷电流,并无线传输至无线接收模块(2),进而传输至上位机(1);同时高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)分别测量A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)两端的过电压,并通过数据采集器(3)传输至上位机(1)上,上位机(1)控制信号控制器(12)关闭冲击电压发生器(11),并判断A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)是否发生闪络;
2)、若有绝缘子串发生闪络,则通过信号控制器(12)使冲击电压发生器(11)输出的雷电压幅值减小ΔU,再次打开冲击电压发生器(11),重复上述方法,直到绝缘子串刚好都不发生闪络,则将前一次测得的雷电流幅值Ic作为反击耐雷水平;若发现绝缘子串均未闪络,则通过信号控制器(12)使冲击电压发生器(11)输出的雷电压幅值增加ΔU,再次打开冲击电压发生器(11),重复上述方法,直到发现某一个绝缘子串刚好发生闪络,则将这一次测得的雷电流幅值Ic作为反击耐雷水平。
4.根据权利要求2所述的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,所述步骤S4的具体过程是:
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(9)计算目标函数值:
式中,g(m)表示目标函数,Ii为第i个土壤电阻率情况下的反击耐雷水平理论计算值,Ici为第i个土壤电阻率情况下的反击耐雷水平实测值,n为对应土壤电阻率区域的反击耐雷水平的实测数据组数;
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)、得出使反击耐雷水平实测值与理论值误差最小的m值。
5.根据权利要求2所述的高土壤电阻率地区雷击输电线路耐雷水平测评方法,其特征在于,在步骤S2中,高土壤电阻率地区是:550Ω·m<ρ<=1000Ω·m步骤S5中,较高土壤电阻率地区是:1000Ω·m<ρ<=2000Ω·m;步骤S6中,超高土壤电阻率地区是:2000Ω·m<ρ,其中ρ为土壤电阻率。
6.根据权利要求2所述的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,所述步骤S7的具体过程是:
1)、将双向触点(8)的触头接至同轴电缆三(10),打开冲击电压发生器(11),输出幅值为U的雷电压至第一基杆塔(21)的C相线路(93),无线电流传感器(7)记录注入C相线路(93)的雷电流,并无线传输至无线接收模块(2),进而传输至上位机(1);同时高压差分探头一(41)、高压差分探头二(42)、高压差分探头三(43)分别测量A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)两端的过电压,并通过数据采集器(3)传输至上位机(1)上,上位机(1)控制信号控制器(12)关闭冲击电压发生器(11),并判断A相绝缘子串一(131)、B相绝缘子串一(132)、C相绝缘子串一(133)是否发生闪络;
2)、若有绝缘子串发生闪络,则通过信号控制器(12)使冲击电压发生器(11)输出的雷电压幅值减小ΔU,再次打开冲击电压发生器(11),重复上述方法,直到绝缘子串刚好都不发生闪络,则将前一次测得的雷电流幅值Irc作为绕击耐雷水平;若发现绝缘子串均未闪络,则通过信号控制器(12)使冲击电压发生器(11)输出的雷电压幅值增加ΔU,再次打开冲击电压发生器(11),重复上述方法,直到发现某一个绝缘子串刚好发生闪络,则将这一次测得的雷电流幅值Irc作为绕击耐雷水平。
7.根据权利要求2所述的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,所述步骤S9的具体过程是:
(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(10)计算目标函数值:
式中,g(m)表示目标函数,Irj为第j个导线半径情况下的绕击耐雷水平理论计算值,Ircj为第j个土壤电阻率情况下的绕击耐雷水平实测值,s为绕击耐雷水平的实测数据组数;
(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m3代入以下公式(11),为优化后的理论公式:
m3为优化过后的误差系数。
8.根据权利要求2所述的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,步骤S8中,不同输电线路导线半径是:8mm
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