具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步的详细描述。

本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限定本发明的范围。实施例中未注明具体技术或条件者，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用材料或设备未注明生产厂商者，均为可以通过购买获得的常规产品。

本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”到另一元件时，它可以直接连接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”可以包括无线连接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。术语“内”、“上”、“下”等指示的方位或状态关系为基于附图所示的方位或状态关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“连接”、“设有”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

如图1所示，一种输电线路耐雷水平差异化计算系统，包括：

数据采集模块101，用于采集待评估输电线路的参数数据；

基础数据库模块102，用于存储各类型的杆塔模型模板、绝缘子模型模板、导线模型模板、雷电先导模型模板；

模型生成模块103，分别与数据采集模块101、基础数据库模块102相连，用于根据数据采集模块101采集到的数据，调取基础数据库模块102中的相应模型模板，生成待评估输电线路的模型图；

电磁暂态计算模块104，分别与数据采集模块101、模型生成模块103相连，用于根据数据采集模块101采集到的数据和模型生成模块103生成的待评估输电线路的模型图进行电磁暂态计算；

绝缘子闪络判断模块105，与电磁暂态计算模块104相连，用于根据电磁暂态计算模块104的计算结果判断是否会发生绝缘子闪络；

间隙击穿判断模块106，与电磁暂态计算模块104相连，用于根据电磁暂态计算模块104的计算结果判断是否会发生间隙击穿；

反击跳闸率计算模块107，与绝缘子闪络判断模块105相连，用于当绝缘子闪络判断模块105判断会发生绝缘子闪络时，进行反击跳闸率计算；

绕击跳闸率计算模块108，与间隙击穿判断模块106相连，用于当间隙击穿判断模块106判断会发生间隙击穿时，进行绕击跳闸率计算；

综合跳闸率计算模块109，分别与反击跳闸率计算模块107、绕击跳闸率计算模块108相连，用于根据反击跳闸率计算模块107、绕击跳闸率计算模块108的计算结果通过加权方法来计算综合跳闸率；

防雷性能改造建议模块110，与综合跳闸率计算模块109相连，用于根据计算得到的综合跳闸率来给出对应的防雷性能改造建议方案。

优选，数据采集模块101用于采集待评估输电线路的电压类型、电压等级、杆塔塔型、导线挂点、导线分裂数、分裂间距、子导线直径、直流电阻，地理地形、杆塔接地电阻、雷电流密度或雷电日、典型雷电流波形等参数。

优选，模型生成模块103生成的待评估输电线路的模型图中包括杆塔模型、导线结构模型、雷电先导模型以及绝缘子模型。

优选，综合跳闸率计算模块109根据反击跳闸率计算模块107、绕击跳闸率计算模块108的计算结果通过加权方法来计算综合跳闸率；

综合跳闸率计算的加权计算中，首先要对整条线路中不同地形中的不同塔型所占比例进行统计，获得各种地形下不同塔型所占比例，然后用该比例乘以对应塔型的反击/绕击跳闸率，再将所有计算结果相加，即可获得该条线路的综合跳闸率。并和国标规定的跳闸率限值对比，依次来判断该条线路跳闸率是否满足要求。

优选，防雷性能改造建议方案包括杆塔接地电阻优化和/或保护角优化。

优选，如图2所示，还包括显示模块111，分别与数据采集模块101、模型生成模块103、电磁暂态计算模块104、绝缘子闪络判断模块105、间隙击穿判断模块106、综合跳闸率计算模块109、防雷性能改造建议模块110相连，用于显示采集的参数数据、生成的模型图、电磁暂态计算结果、绝缘子闪络判断结果、间隙击穿判断结果、综合跳闸率计算结果、防雷性能改造建议方案。

优选，如图3所示，还包括输入控制模块112，分别与数据采集模块101、绝缘子闪络判断模块105、间隙击穿判断模块106相连，用于处理采集到绝缘子判据和击穿间隙判据数据。

如图4所示，一种输电线路耐雷水平差异化计算方法，采用上述输电线路耐雷水平差异化计算系统，包括如下步骤：

步骤(1)，采集待计算输电线路的参数数据；

步骤(2)，根据步骤(1)采集到的数据，调取基础数据库模块中的相应模型模板，生成待计算输电线路的模型图；

步骤(3)，根据步骤(1)采集到的数据和步骤(2)生成的待评估输电线路的模型图进行电磁暂态计算；

步骤(4)，根据步骤(3)的计算结果判断是否会发生绝缘子闪络；若是，则计算反击跳闸率；若否，则不计算反击跳闸率；

步骤(5)，根据步骤(3)的计算结果判断是否会发生间隙击穿；若是，则计算绕击跳闸率；若否，则不计算绕击跳闸率；

步骤(6)，根据步骤(4)、步骤(5)获得的反击跳闸率、绕击跳闸率通过加权方法来计算综合跳闸率；

步骤(7)，计算得到的综合跳闸率来给出对应的防雷性能改造建议方案。

优选，还包括：在防雷性能改造建议方案对改造效果进行预测计算；所述的改造效果包括当给定线路雷击跳闸率超过限值，则需要对该条线路进行防雷改造。防雷改造的通用原则为优先考虑降低杆塔接地电阻，除此之外，还可以考虑部分跳闸率高的杆塔增加绝缘子串长度、加装避雷器、改善保护角等措施。直至该杆塔综合跳闸率小于前文所述的国标限值。

本发明对计算理论的建立、最终击穿判据确定和各种计算模型的创建必须具有科学性。能够真实地反应自然界真实雷击过程以及雷击杆塔时电磁暂态过程，而非传统计算中所用的假设模型和经验公式。包括：

电磁暂态计算理论建立。为了克服传统的雷电过电压分析方法中存在的问题，本发明提出了全波过程的电力系统雷电暂态分析方法，其基本原理是同时考虑地上输变电系统和地下接地装置和接地系统的实际波过程。

通过建立系统的等值电路模型，直接将地上的输电线路、杆塔的暂态模型与接地系统的模型相连，其中输电线路杆塔可用具有一定波阻抗的单导体传输线来等效，这样将构成全传输线模型。

确定雷电先导模型。雷电上、下行先导均沿电场最大方向发展，发展速度满足一定的关系。该模型解释了雷电流与先导通道电荷的关系、先导通道内的电荷分布、迎面先导的起始判据、以及最后击穿的判据确定等。当两个先导头部之间间隙的平均场强超过空气的击穿场强时，间隙被击穿，发生雷击。

确定绝缘子模型。本发明采用先导长度法作为绝缘子是否发生闪络的依据，当间隙中先导长度达到间隙长度时，绝缘闪络。

确定绝缘子模型。本发明采用先导长度法作为绝缘子是否发生闪络的依据，当间隙中先导长度达到间隙长度时，绝缘闪络。

确定最终间隙击穿判据。本发明以雷电先导与迎面先导或地面物体(导地线、杆塔)间的临界击穿场强取500kV/m；雷电先导与大地间的临界击穿场强取750kV/m作为最终判据。

确定用于绕击耐雷水平分析的杆塔电荷模型。模拟杆塔的主要思路为模拟电荷法，我们将模拟电荷放在杆塔的内部，从而进行杆塔的模拟。

确定反击耐雷水平分析的计算杆塔模型。从最外侧的两个辅助杆塔模型通过一条较长的输电线路连接到内侧的辅助杆塔模型，再通过一条长度为挡距长度的输电线路连接到主要杆塔模型。雷电反击计算中采用的杆塔模型中Z_A1、Z_A2、Z_A3、Z_B1、Z_B2、Z_B3等表示杆塔横担等值传输线，Z_T1、Z_T2、Z_T3、Z_T4等为杆塔主干等值传输线，Z_L1、Z_L2、Z_L3、Z_L4、Z_L5、Z_L6、Z_L7分别表示支架计算等值传输线，R为杆塔冲击接地电阻，如图6。

电磁暂态计算理论采用全波过程的电力系统雷电暂态分析方法，考虑了地上输变电系统和地下接地装置和接地系统的实际波过程。

最终击穿判据的科学取值使得对是否发生雷击跳闸的判断更准确。

采用先导法作为绝缘子闪络判据，更加真实反映了雷击闪络过程。

基于先导发展模型提出先导发展法的雷击跳闸算法。

本发明系统能够对每基杆塔反击和绕击跳闸率、综合雷击跳闸率进行分步计算，实现差异化分析，进而输出计算结果。

以下结合应用实例对本发明实施例上述技术方案进行详细说明：

本发明应用实例旨在通过创建与雷电、地理地形、杆塔结构、导线结构等自然现象及客观事实相吻合的仿真模型和科学而严格的闪络、击穿最终判据临界值设置，并采用更加科学电磁暂态全波理论算法获得绝缘子沿面的雷电压过发展过程，和基于先导展理论的间隙击穿最终判据的研究成果，实现了准确度更高的输电线路防雷性能差异化评估。

例如，防雷性能评价过程中，首先，通过电磁暂态计算获得绝缘子沿面雷电压曲线，和间隙击穿场强和间隙长度。对隙空间及导线进行三维刨分，获得满足绝缘子闪络和间隙击穿最终判据的电压值和场强值，并以绝缘子闪络和间隙击穿阈值作为程序是否需要进行反击和绕击雷击跳闸率计算判断条件。进而调用雷电反击和绕击计算子程序进行反击和绕击跳闸率计算。最后通过加权的方法获得每基杆塔的综合跳闸率。

需要说明的是，本领域技术人员可以了解到，判据阈值设定和反击/绕击跳闸率算法是影响雷击跳闸率计算最核心的技术要素。以及评价线路防雷性能更应该关注线路中易击杆塔和地形，而不是整条线路雷击跳闸率。

在一可能的实现方式中，在所述基于闪络和击穿阈值的设定，遵循了仿真计算、模拟实验、真型实验多种结果获得结果的反复校验和和理论解释。

通过本实施例，解决了算法模型、边界条件和理论解释与结论验证。

在一可能的实现方式中，所述根据先进的反击和绕击雷击跳闸率算法，对不同电压类型、不同电压等级、不同杆塔模型、不同地形等情况下的每基杆塔实现差异化防雷性能评估，获得准确、可靠的综合雷击跳闸率；

通过本实施例，能够根据不同的雷击跳闸率给出进一步的防雷性能优化设计和改善措施。

其中，杆塔接地电阻的计算采用非均匀土壤分层结构模型计算获得。根据杆塔接地电阻对累计跳闸率结果的影响，进行了技术改造的经济性和可行性评估。

其中，保护角优化考虑了改变保护角后线路的耦合情况对地线感应电流分布情况的改变以及对电磁环境指标的影响等要素。

通过本实施例，实现了利用计算机技术实现了输电线路防雷性能差异化评估的量化计算。将理论研究成果和研究过程转化为应用工具，用于指导生产实践。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要比清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本发明处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本发明单独的优选实施方案。

为使本领域内的任何技术人员能够实现或者使用本发明，上面对所公开实施例进行了描述。对于本领域技术人员来说；这些实施例的各种修改方式都是显而易见的，并且本文定义的一般原理也可以在不脱离本公开的精神和保护范围的基础上适用于其它实施例。因此，本公开并不限于本文给出的实施例，而是与本申请公开的原理和新颖性特征的最广范围相一致。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块(illustrative logical block)，单元，和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性(interchangeability)，上述的各种说明性部件(illustrative components)，单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个系统的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，可以通过预留接口，进行二次开发，拓展本技术和软件的应用。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤也可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合，形成一种便携式防雷性能评估装置。软件模块可以存储于RAM存储器、闪存、ROM存储器、EPROM存储器、EEPRO M存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于ASIC中，ASIC可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于RAM、ROM、EEPROM、CD-ROM或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线(DSL)或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片(disk)和磁盘(disc)包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、DVD、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。