山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置
阅读说明：本技术 山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置 (Mountain region transmission line earthing device transient resistance slope distortion test device ) 是由 李恒真 彭涛 陈斯翔 梁东明 汪进锋 林杰江 刘益军 邹浩 方永锋 易颜波 于 2020-11-30 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置,该装置通过山地地形模拟装置设置试验山地的坡度角,并通过坡度传感器进行检测,将坡度传感器所得到数据的数学期望作为实际试验坡度角；之后通过瞬态电压注入装置向山地地区输电线路接地装置注入瞬态电压,测量其瞬态放电电流幅值；通过瞬态放电电流幅值,并结合实际试验坡度角,对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变特性进行评估；本发明能较为真实地模拟不同的山地坡度下山地地区输电线路接地装置电阻在瞬态电压下畸变的过程,能够对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变特性的准确评估。(The invention provides a transient resistance gradient distortion testing device for a power transmission line grounding device in a mountain area, which is characterized in that a gradient angle of a tested mountain is set through a mountain terrain simulation device and is detected through a gradient sensor, and mathematical expectation of data obtained by the gradient sensor is used as an actual test gradient angle; then injecting transient voltage into the grounding device of the transmission line in the mountain area through the transient voltage injection device, and measuring the transient discharge current amplitude value of the transmission line; evaluating the slope distortion characteristic of the transient resistance of the power transmission line grounding device in the mountain area by the transient discharge current amplitude value and combining with the actual test slope angle; the method can simulate the distortion process of the resistance of the power transmission line grounding device in different mountain slope mountain descending areas under transient voltage relatively truly, and can accurately evaluate the slope distortion characteristic of the transient resistance of the power transmission line grounding device in the mountain slopes.)
技术领域
本发明涉及电力系统接地技术领域，更具体地，涉及一种山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置。
背景技术
输电线路杆塔一般都架设在偏远山区，这些位置很可能遭到雷击，而一旦雷击电流泄流不通畅，便会使得雷电流通过杆塔对输电线路产生反击，造成输电线路跳闸事故，影响输电线路的正常运行，降低电力系统的稳定性和可靠性，因此研究输电线路接地装置的瞬态电阻畸变程度有着十分重要的意义。
不同形状的接地装置其瞬态电阻的表达式有所不同，但这些表达式都是在假定地球是均匀半空间且表面平坦的情况下推导出来的，并没有考虑坡度对于瞬态电阻畸变的影响。而接地装置通常埋设在不同地形的山地土壤中，其瞬态电阻畸变特性会与接地装置周围山地的坡度密切相关，不同坡度下的接地装置在雷击瞬态电流作用下瞬态电阻畸变特性不完全相同。目前，国内主要研究了两种因素对于接地装置电阻造成的影响，一种是火花效应，即由于雷击瞬态电流的幅值较大，流过接地装置时会使得其周围产生局部火花放电，导致土壤的电导率增大，接地装置的瞬态电阻减小；另一种是电感效应，即由于雷电流的等值频率较高，使得接地装置上导体的自感与互感的影响增加，阻碍电流的向远端流通，导致接地装置的瞬态电阻增大；而对于山地地区不同坡度下瞬态电阻的畸变程度的研究较少，所以迫切需要一种方法，能考虑山地坡度的影响，在不同坡度下对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻畸变特性进行试验与评价，以供输电线路的防雷设计提供参考意见。
申请号为201910858674.8的专利说明书中公开了一种基于相电流畸变的中性点不接地系统单相接地故障选线法，本申请选线算法简洁，针对中性点不接地系统单相接地故障，在判定电压骤降相为故障相后，只需提取各线路故障相在故障前后的电流有效值进行简单运算即可正确选线，相比以“S”注入法为代表的信号注入选线方法，该方法与电压、电流监测装置配合使用即可，无需额外的信号注入装置及检测装置，成本较低；且对于间歇性接地故障，线路故障后相电流有效值亦会增大，相电流畸变率εi亦为正，不影响所述方法选线的准确性。然而，该专利无法实现考虑山地坡度的影响，在不同坡度下对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻畸变特性进行试验与评价。
发明内容
本发明提供一种山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置，该装置能考虑山地坡度的影响，在不同坡度下对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻畸变特性进行试验与评价。
为了达到上述技术效果，本发明的技术方案如下：
一种山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置，包括山地地区输电线路接地装置、山地地形模拟装置、开合式注入电极、铜电极接头、耐高压电缆、瞬态电压注入装置、信号控制总线、上位机、坡度监测总线、坡度传感器一、坡度传感器二、坡度传感器三；
坡度传感器一、坡度传感器二、坡度传感器三分别埋设在山地地形模拟装置中的不同位置并通过坡度监测总线连接到上位机；山地地形模拟装置、山地地区输电线路接地装置、开合式注入电极、铜电极接头顺次连接，铜电极接头通过耐高压电缆连接至瞬态电压注入装置，瞬态电压注入装置通过信号控制总线与上位机连接；
坡度传感器一、坡度传感器二、坡度传感器三分别埋设在山地地形模拟装置中的不同位置并连接到上位机来测量坡度角；山地地形模拟装置设置试验山地坡度角θ1；试验前记录每个传感器传输给上位机的数据并计算得到其数学期望，记为实际试验坡度角θ，并将每次试验的数据保存记录在上位机中。
进一步地，瞬态电压注入装置由交流电源、瞬态高压模块、充电模块、保护电阻、接地模块、瞬态高压电容、放电模块、放电回路模块、瞬态电流采集模块所构成；交流电源、瞬态高压模块、充电模块顺次连接后经保护电阻连接到接地模块；放电模块、放电回路模块、瞬态电流采集模块顺次连接后经保护电阻连接到接地模块；瞬态高压电容连接在放电模块与放电回路模块连接后的两端；放电回路模块还与铜电极接头连接；瞬态电流采集模块还与上位机连接；瞬态高压模块通过信号控制总线与上位机连接；接地模块、瞬态电流采集模块均接地；上位机通过信号控制总线设置预定瞬态电压并启动试验放电指令，控制充电模块闭合，对瞬态高压电容进行充电，当电压达到预设值时，控制放电模块闭合，使瞬态高压电容放电，瞬态电流采集模块测量出瞬态放电电流幅值I，并传输至上位机保存记录。
进一步地，通过试验时所测得的瞬态放电电流幅值I与实际试验坡度角θ，对山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变性参数k进行计算：
通过式(1)与式(2)计算畸变影响因数一kT1及畸变影响因数二kT2：
式(1)～(2)中，L为山地地区输电线路接地装置的总长度，I为瞬态放电电流幅值；
通过式(3)计算畸变影响因数三kρ：
kρ＝0.67e-18.28ρ-8.4398ρ·e-56.21478ρ+ρ-0.4 (3)
式(3)中，ρ为山地地区输电线路接地装置附近土壤的电阻率；
通过式(4)计算山地坡度畸变影响因数kθ：
式(4)中为，θ为山地的坡度角；
通过式(5)计算全局特性系数k1：
结合以上结果，带入式(6)得到该山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变性参数为：
进一步地，由计算得到的k，对在该瞬态放电电流幅值I与实际试验坡度角θ下山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性进行评估：
当k∈(0.833,1.2)，山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变性较弱；当k∈(0.666,0.833]∪[1.2,1.5)，山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变性一般；当k∈(0.4,0.666]∪[1.5,2.5)，山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变性较强；当k∈(0,0.4]∪[2.5,+∞)，山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变性极强。
通过山地地形模拟装置设置不同的试验山地坡度角，对不同实际试验坡度下山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性进行评估。
与现有技术相比，本发明技术方案的有益效果是：
本发明通过建立山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置能通过山地地形模拟装置设置试验山地的坡度角，并可通过坡度传感器进行检测，对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变特性进行评估；本发明能模拟不同的山地坡度下山地地区输电线路接地装置电阻在瞬态电压下畸变的过程，操作方便智能，安全可靠，并能够对山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变特性进行的准确评估。
附图说明
图1是本发明的总体结构示意图；
图2是本发明的瞬态电压注入装置的内部示意图。
具体实施方式
附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；
对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
下面结合附图和实施例对本发明的技术方案做进一步的说明。
实施例1
如图1所示，一种山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验装置，包括山地地区输电线路接地装置1、山地地形模拟装置2、开合式注入电极3、铜电极接头4、耐高压电缆5、瞬态电压注入装置6、信号控制总线7、上位机8、坡度监测总线9、坡度传感器一101、坡度传感器二102、坡度传感器三103；
坡度传感器一101、坡度传感器二102、坡度传感器三103分别埋设在山地地形模拟装置2中的不同位置并通过坡度监测总线9连接到上位机8；山地地形模拟装置2、山地地区输电线路接地装置1、开合式注入电极3、铜电极接头4顺次连接，铜电极接头4通过耐高压电缆5连接至瞬态电压注入装置6，瞬态电压注入装置6通过信号控制总线7与上位机8连接。
坡度传感器一101、坡度传感器二102、坡度传感器三103分别埋设在山地地形模拟装置2中的不同位置并连接到上位机8来测量坡度角。
山地地形模拟装置2设置试验山地坡度角θ1；试验前记录每个传感器传输给上位机8的数据并计算得到其数学期望，记为实际试验坡度角θ，并将每次试验的数据保存记录在上位机8中。
如图2所示，瞬态电压注入装置6由交流电源11、瞬态高压模块12、充电模块13、保护电阻14、接地模块15、瞬态高压电容16、放电模块17、放电回路模块18、瞬态电流采集模块19所构成；交流电源11、瞬态高压模块12、充电模块13顺次连接后经保护电阻14连接到接地模块15；放电模块17、放电回路模块18、瞬态电流采集模块19顺次连接后经保护电阻14连接到接地模块15；瞬态高压电容16连接在放电模块17与放电回路模块18连接后的两端；放电回路模块18还与铜电极接头4连接；瞬态电流采集模块19还与上位机8连接；瞬态高压模块12通过信号控制总线7与上位机8连接；接地模块18、瞬态电流采集模块19均接地。
上位机8通过信号控制总线7设置预定瞬态电压并启动试验放电指令，控制充电模块13闭合，对瞬态高压电容16进行充电，当电压达到预设值时，控制放电模块17闭合，使瞬态高压电容16放电，瞬态电流采集模块19测量出瞬态放电电流幅值I，并传输至上位机8保存记录。
实施例2
一种山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变性试验方法，包括以下步骤：
第一步：搭建山地地区输电线路接地装置瞬态电阻畸变特性坡度控制试验装置，如图1所示，其包含山地地区输电线路接地装置1、山地地形模拟装置2、开合式注入电极3、铜电极接头4、耐高压电缆5、瞬态电压注入装置6、信号控制总线7、上位机8、坡度监测总线9、坡度传感器一101、坡度传感器二102、坡度传感器三103。
第二步：设置并控制山地的坡度：其中，坡度传感器一(101)、坡度传感器二102、坡度传感器三103分别埋设在山地地形模拟装置2中的不同位置并连接到上位机8，用来测量接地装置所处山地周围的坡度角；山地地形模拟装置2可通过自身设置试验山地坡度角θ1；试验前记录坡度传感器一101、坡度传感器二102、坡度传感器三103传输给上位机8的数据并计算得到其数学期望，记为实际试验坡度角θ，并将每次试验的数据通过坡度监测总线9保存记录在上位机8中。
第三步：向山地地区输电线路接地装置1注入瞬态电压并记录实际试验坡度角θ下的瞬态放电电流幅值I；如图2所示，瞬态电压注入装置6由交流电源11、瞬态高压模块12、充电模块13、保护电阻14、接地模块15、瞬态高压电容16、放电模块17、放电回路模块18、瞬态电流采集模块19、装置外壳20组成；上位机8可通过信号控制总线7设置预定瞬态电压并启动试验放电指令，控制充电模块13闭合，对瞬态高压电容16进行充电，当电压达到预设值时，控制放电模块17闭合，瞬态高压电容16通过放电回路模块18、耐高压电缆5、铜电极接头4、开合式注入电极3、山地地区输电线路接地装置1进行放电，同时瞬态电流采集模块19测量出瞬态放电电流幅值I，并传输至上位机8保存记录；若试验完成后，需终止对测试品放电，或试验完成后电容器上存在残压，可通过闭合接地模块15，瞬态高压电容16电荷通过保护电阻14消耗，保证设备及人身安全。
第四步，通过试验时所测得的瞬态放电电流幅值I与实际试验坡度角θ，对山地地区输电线路接地装置的瞬态电阻畸变特性参数k进行计算：
通过式(7)与式(8)计算畸变影响因数一kT1及畸变影响因数二kT2：
式(7)～(8)中，L为山地地区输电线路接地装置1的总长度，单位为m，I为瞬态放电电流幅值，单位为kA。
通过式(9)计算畸变影响因数三kρ：
kρ＝0.67e-18.28ρ-8.4398ρ·e-56.21478ρ+ρ-0.4 (9)
式(9)中，ρ为山地地区输电线路接地装置1附近土壤的电阻率，单位为Ω·m。
通过式(10)计算山地坡度畸变影响因数kθ：
式(10)中为，θ为山地的坡度角，单位为°。
通过式(11)计算全局特性系数k1：
结合以上结果，带入式(12)得到该接地装置的瞬态电阻畸变特性参数为：
第五步，由计算得到的k，对在该瞬态放电电流幅值I与实际试验坡度角θ下山地地区输电线路接地装置瞬态电阻坡度畸变特性进行评估：
当k∈(0.833,1.2)，山地地区输电线路接地装置1的瞬态电阻畸变特性较弱；当k∈(0.666,0.833]∪[1.2,1.5)，山地地区输电线路接地装置1的瞬态电阻畸变特性一般；当k∈(0.4,0.666]∪[1.5,2.5)，山地地区输电线路接地装置1的瞬态电阻畸变特性较强，建议各种情况都计及电阻畸变影响；当k∈(0,0.4]∪[2.5,+∞)，山地地区输电线路接地装置1的瞬态电阻畸变特性极强，设计时必须考虑电阻畸变影响。
第六步，在不同坡度角下进行山地地区输电线路接地装置1瞬态电阻坡度畸变特性试验，通过山地地形模拟装置2可设置不同的试验山地坡度角，并重复第三步、第四步和第五步，对不同实际试验坡度下山地地区输电线路接地装置1瞬态电阻坡度畸变特性进行评估。
相同或相似的标号对应相同或相似的部件；
附图中描述位置关系的用于仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；
显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。
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