一种变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法
阅读说明：本技术 一种变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法 (Assessment method for lightning invasion wave level of substation electrical equipment for resisting continuous lightning stroke ) 是由 宋坤宇 李谦 王增彬 赵晓凤 魏俊涛 于 2020-12-28 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法。本发明基于每次雷击时过电压值和每次设备实际的雷电耐受电压值评估变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平。本发明的变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法将连续雷击分为第一次及后续回击次数,对每次雷击情况的工况进行独立分析的同时,考虑上次雷击带来的累积效应,计算结果更具有准确性。(The invention provides a method for evaluating the level of lightning invasion waves of electrical equipment of a transformer substation for resisting continuous lightning strokes. The lightning invasion wave level of the electrical equipment of the transformer substation for resisting continuous lightning strokes is evaluated based on the overvoltage value in each lightning stroke and the actual lightning tolerance voltage value of the equipment in each lightning stroke. According to the assessment method for the level of the lightning invasion wave of the electrical equipment of the transformer substation for resisting continuous lightning strokes, the continuous lightning strokes are divided into the first and subsequent attack times, the working condition of each lightning stroke condition is independently analyzed, meanwhile, the cumulative effect caused by the last lightning stroke is considered, and the calculation result is more accurate.)
技术领域
本发明涉及电力领域，具体涉及一种变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法。
背景技术
变电站是电力系统的重要组成部分，变电站设备昂贵，对于大多数电气设备来说，其绝缘没有自我恢复能力，若因雷害事故而造成损坏，将造成巨大的经济损失。现有标准规范对变电站中相关电气设备的电气性能指标和试验技术指标给出了许多指导性的意见，不少学者也对避雷器、断路器等电气设备遭受雷电冲击下的电气特性及故障机理开展了大量研究工作，取得了丰硕的研究成果。但目前相关标准和研究大多基于单次雷击或间隔一定时间的多次雷击开展工作，对连续雷击下电气设备的性能分析相对较少。
连续雷击是自然界中一种常见的现象，相较于单次雷击，连续雷击一般指时间间隔不超过0.1s，落雷位置不超过1km的连续落雷，其中包括短时间内连续落雷或多重雷击。统计结果表明：连续雷中连续雷击频次2～6次的占绝大部分(约占所有连续雷的89.53％)，雷电流一般为负极性目幅值范围在5kA～50kA。
连续雷击的雷电侵入波对变电站线路侧断路器和线路避雷器的危害已经成为越来越受到重视的新问题。当连续雷击作用在变电站或导线上时，若连续雷击的电流幅值较大时，避雷器吸收的雷电冲击能量易超过其通流能力，进而造成电气能量过载。断路器也会在首次雷击后跳闸，处于热备用的运行状态时，母线金属氧化物避雷器无法对断路器形成良好的保护，若线路再遭受雷击，很容易发生内部击穿和外绝缘闪络断路器等事故。因此，如何评估变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平，为新建站绝缘配合及改造站绝缘配合优化提供指引，具有重要意义。
发明内容
为解决现有技术存在的问题，本发明提供了一种变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法。为实现本发明的目的，本发明的技术方案如下。
一种变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法包括：
获取输电线路的雷击监测数据，并基于雷击监测数据计算出每次雷击时雷电侵入波导致的变电站电气设备过电压、雷电流幅值、雷电波阻抗；
获取变电站的运行状态数据，并基于运行状态数据计算出变电站电气设备额定的雷电耐受电压值Ub；
根据Un＝αn·In·Zn计算第n次雷击时雷电侵入波导致的变电站电气设备过电压Un，其中，In为第n次雷电流幅值，Zn为雷电波阻抗，αn为衰减系数；
将第1次雷击时过电压U1与变电站电气设备额定的雷电耐受电压值Ub进行比较，若U1小于Ub，则得出变电站电气设备能够抵御第1次雷击时过电压；若U1大于Ub，将第2次雷击时过电压U2与变电站电气设备的实际雷电耐受电压值Us进行比较，若U2小于Us，则得出变电站电气设备抵御第2次雷击时过电压，若U2大于Us，则依次类推将第m次雷击时过电压Um与变电站电气设备的实际雷电耐受电压值Ux进行比较；其中，2＜m＜n；
优选的，雷击监测数据包括：被雷击的输电线路杆塔的塔号、雷击时刻、雷击方式和雷电信息，其中，所述雷击方式包括雷击避雷线数据、雷击杆塔数据和雷击输电导线数据，所述雷击信息包括雷电流幅值、后续连续雷击的回击次数。
优选的，运行状态数据包括：所述变电站的运行状态数据包括变电站电压等级、变电站接线方式、变电站电气设备参数。
优选的，所述实际雷电耐受电压值Us＝β·Ub，其中，β变电站电气设备的绝缘恢复系数，0＜β＜1。
相对于现有技术，本发明的有益技术效果在于：
1、本发明的方法考虑的是连续雷击工况，该工况下变电站电气设备损坏的概率更高，而现有技术方案鲜有对该工况进行考虑，因此评估变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平是较为空白的领域。
2、本发明的方法将连续雷击分为第1次及后续回击次数，对每次雷击情况的工况进行独立分析的同时，考虑上次雷击带来的累积效应，计算结果更具有准确性。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本实施例的变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平的评估方法，包括：
获取变电站的运行状态数据，并基于运行状态数据计算出变电站电气设备额定的雷电耐受电压值Ub；
根据Un＝αn·In·Zn计算第n次雷击时雷电侵入波导致的变电站电气设备过电压Un，其中，In为第n次雷电流幅值，Zn为雷电波阻抗，αn为衰减系数；
将第1次雷击时过电压U1与变电站电气设备额定的雷电耐受电压值Ub进行比较，若U1小于Ub，则得出变电站电气设备能够抵御第1次雷击时过电压；若U1大于Ub，将第2次雷击时过电压U2与变电站电气设备的实际雷电耐受电压值Us进行比较，若U2小于Us，则得出变电站电气设备抵御第2次雷击时过电压，若U2大于Us，则依次类推将第m次雷击时过电压Um与变电站电气设备的实际雷电耐受电压值Ux进行比较；其中，2＜m＜n；
所述实际雷电耐受电压值Us＝β·Ub，其中，β变电站电气设备的绝缘恢复系数，0＜β＜1。例如β取值为0.8。
具体地：第一步，获取实测输电线路本体雷击监测数据和雷电定位系统监测数据，分析得到某一地址直径1km范围内，雷击输电线路杆塔的塔号、雷击时刻(精确到毫秒级)、雷击方式(包括雷击避雷线数据、雷击杆塔数据和雷击输电导线数据)，以及雷电信息(包括雷电流幅值、后续连续雷击的回击次数等)。
第二步，对需计算的变电站运行状态相关数据进行获取，包括变电站电压等级、变电站接线方式、变电站电气设备参数、实时运行方式、变电站避雷器配置情况、变电站设备电气距离等。
第三步，对该次连续雷击的雷电侵入波导致的变电站电气设备过电压进行计算，设连续雷击的第1次雷电流幅值为I0A，雷电波阻抗为Z0Ω，则雷击点的雷电侵入波电压UT＝I0·Z0；考虑到第1次雷击时雷击杆塔后雷电流分流效应、输电线路传输衰减效应、避雷器电压限制等作用，设置衰减系数α0，则第1次雷击时变电站内断路器、CT等设备的过电压为U1＝α0·I0·Z0。
设连续雷击的第2次雷电流幅值为I1A，雷电波阻抗为Z1Ω，则雷击点的雷电侵入波电压UT＝I1·Z1；考虑到第2次雷击时雷击杆塔后雷电流分流效应、输电线路传输衰减效应、避雷器电压限制等作用，同时还考虑到第1次雷击时可能会造成继电保护动作，部分断路器处于断开状态，变电站运行方式发生改变，雷电侵入波在断路器处形成的全反射抬升过电压幅值，综合考虑增益和衰减情况，设置系数α1，则第2次雷击时变电站内断路器、CT等设备的过电压为U2＝α1·I1·Z1。同理，可计算得到连续雷击的第3次，......至第n次雷击时断路器、CT过电压值U3，......Un。
第四步，对变电站电气设备抵御连续雷击的雷电侵入波水平进行评估，其中对于第1次雷击时过电压U1，应与设备额定的雷电耐受电压值Ub进行比较，若U1小于Ub，则认为设备可抵御第1次雷击时过电压，否则即不能抵御。对于第2次雷击时过电压U2，考虑到设备在第1次雷击时绝缘承压且尚未完全恢复，此时设备实际的雷电耐受电压值Us大幅低于额定的雷电耐受电压值Ub，则Ub2应与设备实际的雷电耐受电压值Us进行比较，若Ub2小于Us，则认为设备可抵御第1次雷击时过电压，否则即不能抵御。同理，可计算得到连续雷击的第3次，......至第n次雷击时侵入波水平。若每次雷击均可承受，则认为变电站电气设备可以抵御此次连续雷击的雷电侵入波，反之则认为无法承受。
以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。
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