[发明专利]基于输电线路结构及地形的输电线路三维雷击计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于输电线路结构及地形的输电线路三维雷击计算方法，属于输电线路雷电防护领域。

背景技术

输电线路的雷电绕击分析方法主要有规程法、电气几何模型、先导发展模型等。

各国学者根据实际运行经验和模拟试验结果总结出绕击率经验公式，认为绕击率与地线保护角、杆塔高度以及沿输电线路的地形地貌条件有关。规程法没有考虑雷电发展过程，物理意义不明确；规程法没有考虑雷电流幅值等对屏蔽效果的影响，不能反映具体线路的特点，无法合理地解释屏蔽失效现象。

20世纪60年代提出了电气几何模型(Electrogeometric Model，EGM)。电气几何模型将输电线路雷电绕击问题的分析与输电线路结构尺寸联系起来，是一种几何分析模型。电气几何模型是目前使用比较广泛的一种输电线路绕击分析方法，多数情况下计算结果与实际运行经验比较吻合。但电气几何模型的击距公式缺乏普适性，许多研究者根据各自的运行数据提出了不同的击距公式，根据不同的击距公式计算得到的绕击率相差较大，而且电气几何模型难以处理输电线路运行电压的影响问题。理论上，电气几何模型的击距公式只适用于特定地区的输电线路。

20世纪末，许多研究者根据雷电发展过程和长空气间隙放电的相似性，通过试验方法对输电线路雷击过程进行研究。Dellera和Garbagnati在1990年提出雷击输电线路的先导发展模型(Leader Progression Model，LPM)。先导发展模型对雷电下行先导、上行先导起始条件进行简单建模，但是没有提出完整的、可实现的雷电发展模型。

无论采用那种方法，传统输电线路雷击分析方法没有深入考察局部地形的影响，仅仅区分山区与平原，往往导致评估与运行结果出入较大；传统输电线路雷击分析方法没有在考虑输电线路结构及地形影响下对输电线路的雷击过程进行详细的三维建模分析。

发明内容

本发明的目的是提出一种基于输电线路结构及地形的输电线路三维雷击计算方法，利用现有的相对成熟的参数对雷击过程建模，综合考虑输电线路结构、输电线路运行电压、地形、雷云电荷等因素对雷电发展过程的影响，对雷电下行先导、上行先导的发展进行模拟，得到雷电击中的位置。

本发明提出的基于输电线路结构及地形的输电线路三维雷击计算方法，包括以下各步骤：

(1)确定一个水平正方形区域，作为输电线路下方地面雷击计算范围，该水平正方形区域的中心为O′、边长为D，建立一个三维直角坐标系(X、Y、Z)，三维直角坐标系的原点为O，X轴为正东方向，Y轴为正南方向，Z轴为垂直水平面方向向上，坐标系原点O位于上述地面雷击计算范围内最低点所在的水平面上，且O′O垂直于水平面；将上述地面雷击计算范围的地形表面划分为N个三角形，定义各三角形的重心A_u为地表匹配点，重心A_u的坐标记为(X_u，Y_u，Z_u)，u＝1，2，...，N；

(2)将输电线路中各导线分别划分为W_c段，各地线分别划分为W_g段，每段导线和地线的中心位置的上表面为导线匹配点和地线匹配点，设输电线路中第i根导线表面的第s个导线匹配点A_{ci_s}在上述三维直角坐标系中的位置为(X_{ci_s}，Y_{ci_s}，Z_{ci_s})第j根地线表面第t个地线匹配点A_{gj_t}在上述三维直角坐标系中的位置为(X_{gj_t}，Y_{gj_t}，Z_{gj_t})，其中，下标c表示导线，下标g表示地线，i＝1，2，...，N_c，N_c为输电线路中导线的数量，j＝1，2，...，N_g，N_g为输电线路中地线的数量，s＝1，2，...，W_c，t＝1，2，...，W_g；

(3)设雷电下行先导在上述三维直角坐标系中的起始位置为(X_down，Y_down，Z_down)，其中Z_down为设定的雷云高度，雷电下行先导中电荷线密度q_down为：

q_down＝38×10^-6I^2/3