电站避雷器标称放电电流的确定方法及系统

摘要

本发明涉及电站避雷器标称放电电流的确定方法及系统。所述方法包括：获取电站的运行电压等级以及电气拓扑结构，以此建立电站对应的ATP‑EMTP模型；获取预定义的至少两个雷电影响因子，获取各雷电影响因子对应的预设值，将所述至少两个雷电影响因子及其对应的预设值输入所述ATP‑EMTP模型，通过所述ATP‑EMTP模型仿真雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流；根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流确定所述避雷器的标称放电电流，所述标称放电电流不小于任一途径侵入时的雷电放电电流。本发明有效确定电站避雷器的标称放电电流，使得电站避雷器满足各种情况下的实际雷电放电情况。

说明书

技术领域

本发明涉及电网设备检测技术领域，特别是涉及电站避雷器标称放电电流的确定方法及系统。

背景技术

变电站避雷器的主要作用是抑制电站区域内的高幅值雷电过电压和操作过电压，保护电站设备免遭过电压损坏，对电力系统的安全运行起着至关重要的作用。避雷器的标称放电电流是用于划分避雷器等级、确定避雷器保护水平的，理论上具有8/20μs波形。然而由于雷电波波形、雷击点位置、侵入路径和避雷器具体配置等不确定因素的影响，实际上流过避雷器的放电电流的波形并不是标准的8/20μs波形，且不同情况下流过避雷器的实际放电电流的峰值差异较大，因此难以有效确定电站避雷器的标称放电电流，影响避雷器的选择和运行应力。

发明内容

基于此，本发明实施例提供电站避雷器标称放电电流的确定方法及系统，能够有效确定电站避雷器的标称放电电流，使得电站避雷器满足各种情况下的实际雷电放电情况。

本发明一方面提供电站避雷器标称放电电流的确定方法，包括：

获取电站的运行电压等级以及电气拓扑结构，以此建立电站对应的ATP-EMTP模型；

获取预定义的至少两个雷电影响因子，获取各雷电影响因子对应的预设值，将所述至少两个雷电影响因子及其对应的预设值输入所述ATP-EMTP模型，通过所述ATP-EMTP模型仿真雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流；

根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流确定所述避雷器的标称放电电流，所述标称放电电流不小于任一途径侵入时的雷电放电电流。

一种电站避雷器标称放电电流的确定系统，包括：

仿真模型建立单元，用于获取电站的运行电压等级以及电气拓扑结构，以此建立电站对应的ATP-EMTP模型；

仿真计算单元，用于获取预定义的至少两个雷电影响因子，获取各雷电影响因子对应的预设值，将所述至少两个雷电影响因子及其对应的预设值输入所述ATP-EMTP模型，通过所述ATP-EMTP模型仿真雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流；

标称放电电流确定单元，用于根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流确定所述避雷器的标称放电电流，所述标称放电电流不小于任一途径侵入时的雷电放电电流。

上述技术方案，通过电站的运行电压等级以及电气拓扑结构建立电站对应的ATP-EMTP模型；获取预定义的至少两个雷电影响因子，获取各雷电影响因子对应的预设值，将所述至少两个雷电影响因子及其对应的预设值输入所述ATP-EMTP模型，通过所述ATP-EMTP模型仿真雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流；根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流确定所述避雷器的标称放电电流，所述标称放电电流不小于任一途径侵入时的雷电放电电流。能够有效确定电站避雷器的标称放电电流，使得电站避雷器满足各种情况下的实际雷电放电需求。

附图说明

图1为一实施例的电站避雷器标称放电电流的确定方法的示意性流程图；

图2为一实施例的电站避雷器标称放电电流的确定方法的应用场景图；

图3为一实施例的电站避雷器标称放电电流的确定系统的示意性结构图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1为一实施例的电站避雷器标称放电电流的确定方法的示意性流程图。如图1所示，本实施例的电站避雷器标称放电电流的确定方法包括步骤：

S11，获取电站的运行电压等级以及电气拓扑结构，以此建立电站对应的ATP-EMTP模型。

其中，ATP-EMTP模型指的是根据实际接地网搭建的接地体的数学模型，针对电站遭受雷击时接地网中地电位分布不均的问题，运行ATP-EMTP软件仿真可分析地网上雷电暂态电位分布情况。本实施例中，所述ATP-EMTP模型的输入为预定义的与电站避雷器放电电流相关的影响因子，输出为电站避雷器的雷电放电电流。

其中，所述电站的电气拓扑结构指的是：电站中设备与设备的连接关系，还包括相应设备的配置信息，例如所述设备包括避雷器，避雷器对应的配置信息包括安装位置信息、型号信息或者相邻避雷器的间隔信息等。

S12，获取预定义的至少两个雷电影响因子，获取各雷电影响因子对应的预设值，将所述至少两个雷电影响因子及其对应的预设值输入所述ATP-EMTP模型，通过所述ATP-EMTP模型仿真雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流。

其中，雷电影响因子指的是与电站避雷器放电电流相关的影响因子，例如:雷电波波形、峰值、雷击点位置、侵入路径和电站避雷器配置等因素等。

S13，根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流确定待评估的避雷器的标称放电电流，所述标称放电电流不小于任一途径侵入时的雷电放电电流。

通过上述实施例的电站避雷器标称放电电流的确定方法，能够有效确定电站避雷器的标称放电电流，使得电站避雷器满足各种情况下的实际雷电放电需求。

在一可选实施例中，对于金属氧化物避雷器，可按照GB11032给出的标准标称放电电流最靠近的标准值来确定待评估避雷器的标称放电电流。其中GB11032为一种避雷器的国标。可以理解的时，根据实际情况，针对不同的避雷器，还可采用其他的避雷器的国标。即上述步骤S13的实现方式可为：根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流的峰值、按照通用的避雷器标准确定待评估的避雷器的标称放电电流。

目前典型的电站运行电压为750kV，根据750kV电站来构建对应的ATP-EMTP模型，该ATP-EMTP模型能够有效地模拟实际雷电流侵入电站对金属氧化物避雷器的影响，计算结果能够准确说明实际放电电流与标称放电电流两者之间的差异性，进而有效确定避雷器的标称放电电流。结合运行经验，对于750kV架空输电线路主要存在的雷击威胁是雷击杆塔反击和雷绕击导线。因此，在一可选实施例中，所述仿真雷电不同侵入途径包括仿真雷击杆塔反击途径下的雷电放电电流和仿真雷绕击导线途径(包括最大绕击电流和绕击耐雷水平)下的雷电放电电流。可以理解的是，对于其他工作电压等级的电站，结合其实际应用环境，还可考虑通过其他途径侵入下的雷电放电电流，以更全面的评估避雷器的标称放电电流。

在一可选实施中，所述至少两个雷电影响因子包括：落雷点与电站的位置距离、雷电侵入波波形、避雷器额定电压、相邻避雷器的安装间距以及杆塔冲击接地电阻。上述电站避雷器标称放电电流的确定方法还可包括：预先为各雷电影响因子设置一个或者两个以上的预设值，以全面仿真避雷器的雷电放电电流分布。

其中，雷击点位置作为避雷器实际放电电流的一影响因素，雷击点距电站越远，同一雷电流所引起的反击侵入波幅值和陡度就越低。优选地，选取不同的雷击点位置，即预先为落雷点与电站的位置距离设置多个预设值，例如设定相邻两个预设值的最小间隔为500m。

雷电侵入波作为避雷器实际放电电流的又一影响因素，依据近年来的雷电监测实测统计，绝大多数雷电流是负极性的，雷电流波前时间大多数在1μs～5μs范围，雷电流半峰值时间大多在20μs～100μs范围。优选地，选取1/20μs、1/100μs、2.6/50μs、5/20μs、5/100μs五种负极性的雷电侵入波波形作为雷电侵入波。即雷电侵入波波形的预设值包括上述5种类型的波形。通过仿真表明，流过避雷器的实际最大电流峰值随着雷电侵入波的波头时间的减小而增大。

避雷器配置方式作为避雷器实际放电电流的又一影响因素，参考我国电站避雷器的配置惯例，例如750kV系统中配置有两个避雷器，分别位于电站出线断路器的两侧。结合图2所示，断路器电站侧加装的避雷器称为电站侧避雷器，断路器线路侧加装的避雷器称为线路侧避雷器，避雷器的额定电压有600kV和648kV两种。仿真结果表明，在相同雷电侵入波形下，相对于线路侧避雷器与电站侧避雷器的参数配置不同时，两台避雷器参数的配置相同时流过避雷器的最大电流峰值更大。

线路侧避雷器与电站侧避雷器安装间距作为避雷器实际放电电流的又一影响因素。线路侧避雷器与电站侧避雷器安装间距会影响作用在两台避雷器上的过电压，进而影响通过避雷器的放电电流波形。仿真结果表明：在雷击点位置、雷电侵入波波形相同时，线路侧避雷器与电站侧避雷器安装间距越小，流过避雷器的最大电流峰值相对越小；两台避雷器配置参数相同时，两者布置间距越小雷电负荷差异越小，流过避雷器的电流峰值居中；两台避雷器配置参数不同时，两者布置间距越小雷电负荷差异越大，流过避雷器的电流峰值相对越大。

杆塔冲击接地电阻作为避雷器实际放电电流的又一影响因素。杆塔冲击接地电阻会影响雷电反击时塔顶的过电压水平，仿真结果表明：杆塔冲击接地电阻越大，过电压幅值越大，作用在两台避雷器上的过电压不同，通过避雷器的放电电流大小不同。

在一可选实施例中，所述电站避雷器标称放电电流的确定方法还包括：预先确定杆塔冲击接地电阻的步骤，具体可为：获取杆塔结构参数、布线方式以及杆塔按照位置的土壤电阻率，由此计算杆塔冲击接地电阻。

基于上述实施例所述，若所述雷电影响因子对应的预设值不止一个，则通过上述步骤S12可模拟仿真出多种情况下避雷器的雷电放电电流分布。具体方式为可为：在获取各雷电影响因子对应的预设值之后，将所述至少两个雷电影响因子对应的预设值进行组合，得到所述至少两个雷电影响因子对应的多个预设值组合。然后分别将所述至少两个雷电影响因子对应的各预设值组合输入所述ATP-EMTP模型，以此得到各预设值组合下的、至少两种雷电侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流。

例如，落雷点与电站的位置距离对应的预设值包括：500m、1.5km、2km；

两个避雷器额定电压配置方式对应的预设值包括：600/600、600/648；

相邻避雷器的安装间距对应的预设值包括：5m、10m；

杆塔冲击接地电阻对应的预设值包括：7Ω、10Ω；

将所述4个雷电影响因子对应的预设值进行组合，得到的预设值组合包括：组合1(500m、600/600、5m、7Ω)，组合2(1km、600/600、5m、7Ω)，组合3(1.5km、600/600、5m、7Ω)，组合4(2km、600/600、5m、7Ω)；组合5(500m、600/648、5m、7Ω)，组合6(1km、600/648、5m、7Ω)，组合7(1.5km、600/648、5m、7Ω)，组合8(2km、600/648、5m、7Ω)；组合9(500m、600/600、10m、7Ω)，组合10(1km、600/600、10m、7Ω)，组合11(1.5km、600/600、10m、7Ω)，组合12(2km、600/600、10m、7Ω)；组合13(500m、600/648、10m、7Ω)，组合14(1km、600/648、10m、7Ω)，组合15(1.5km、600/648、10m、7Ω)，组合16(2km、600/648、10m、7Ω)；组合17(500m、600/600、10m、10Ω)，组合18(1km、600/600、10m、10Ω)，组合19(1.5km、600/600、10m、10Ω)，组合20(2km、600/600、10m、10Ω)；组合21(500m、600/648、10m、10Ω)，组合22(1km、600/648、10m、10Ω)，组合23(1.5km、600/648、10m、10Ω)，组合24(2km、600/648、10m、10Ω)。其中，组合1(500m、600/600、5m、7Ω)表示落雷点与电站的位置距离为500m，电站内的两避雷器配置为600/600，电站内的两避雷器安装间距为5m，杆塔冲击接地电阻为7Ω。

分别将所述组合1～组合24输入预先建立的ATP-EMTP模型，可得出各组合下的电站避雷器的雷电放电电流分布。由此确定出的避雷器的标称放电电流不小于任一组合下的任一途径侵入的雷电放电电流。保证在实际应用中的安全。

图2为本发明电站避雷器标称放电电流的确定方法的应用场景图，如图2所示，所述应用场景包括：根据典型750kV系统接线方式来构建ATP-EMTP模型，选取1/20μs、1/100μs、2.6/50μs、5/20μs、5/100μs五种典型的负极性雷电侵入波，落雷点位置选为靠近电站B的近区，如图3所示①②③④四处(最小间隔为500m)，电站A和B内的两避雷器的配置方式有600/600、600/648两种，站内两避雷器安装间距选取5m、10m两种，杆塔冲击接地电阻选取7Ω、10Ω两种。即落雷点与电站B的位置距离包括：500m、1.0km、1.5km、2km；雷电侵入波波形对应的预设值包括：1/20μs、1/100μs、2.6/50μs、5/20μs、5/100μs五种负极性的雷电侵入波波形；电站B两个避雷器额定电压配置方式对应的预设值包括：600/600、600/648；相邻避雷器的安装间距对应的预设值包括：5m、10m；杆塔冲击接地电阻对应的预设值包括：7Ω、10Ω。主要仿真内容为雷击塔顶反击途径的雷电侵入和雷绕击导线途径的雷电侵入(包括最大绕击电流和绕击耐雷水平)。

基于该应用场景，电站B避雷器标称放电电流的确定方法包括的步骤如下。

步骤1：以2.6/50μs雷电侵入波形为例，对雷击塔顶反击途径下的雷电放电仿真进行说明，

2.6/50μs雷电侵入波形时，其他4个雷电影响因子的预设值组合包括：组合1(500m、600/600、5m、7Ω)，组合2(1km、600/600、5m、7Ω)，组合3(1.5km、600/600、5m、7Ω)，组合4(2km、600/600、5m、7Ω)；组合5(500m、600/648、5m、7Ω)，组合6(1km、600/648、5m、7Ω)，组合7(1.5km、600/648、5m、7Ω)，组合8(2km、600/648、5m、7Ω)；组合9(500m、600/600、10m、7Ω)，组合10(1km、600/600、10m、7Ω)，组合11(1.5km、600/600、10m、7Ω)，组合12(2km、600/600、10m、7Ω)；组合13(500m、600/648、10m、7Ω)，组合14(1km、600/648、10m、7Ω)，组合15(1.5km、600/648、10m、7Ω)，组合16(2km、600/648、10m、7Ω)；组合17(500m、600/600、10m、10Ω)，组合18(1km、600/600、10m、10Ω)，组合19(1.5km、600/600、10m、10Ω)，组合20(2km、600/600、10m、10Ω)；组合21(500m、600/648、10m、10Ω)，组合22(1km、600/648、10m、10Ω)，组合23(1.5km、600/648、10m、10Ω)，组合24(2km、600/648、10m、10Ω)。

分别将组合1～组合24输入预先建立的ATP-EMTP模型，可得出2.6/50μs雷电侵入波形侵入时通过雷击塔顶反击途径下，电站避雷器的雷电放电电流分布情况。

步骤2：其他四种雷电侵入波波形在雷击塔顶反击途径下的仿真情况与步骤1同理。

步骤3：2.6/50μs雷电侵入波形情况下，对雷绕击导线途径的最大绕击电流的仿真情况与步骤1同理；

步骤4：其他四种雷电侵入波形下，在对雷绕击导线途径的最大绕击电流的仿真情况与步骤3同理；

步骤5：2.6/50μs雷电侵入波形情况下，对雷绕击导线途径的绕击耐雷水平的仿真情况与步骤1同理；

步骤6：其他四种雷电侵入波形下，在对雷绕击导线途径的绕击耐雷水平的仿真情况与步骤5同理。

对于不同的电站运行电压等级、具体的电气接线图、设备参数和站址，均可以根据实际避雷器配置方式、避雷器安装间距、杆塔冲击接地电阻等构建对应的ATP-EMTP模型，选取合理的雷电侵入波波形和落雷点位置等雷电影响因子的预设值，然后按照与雷电相关的多种因素和设防要求进行仿真，计算多种可能途径侵入电站避雷器的雷电放电电流，根据得出的流过电站避雷器的雷电放电电流计算结果，依据GB11032标准确定出的电站避雷器的标称放电电流，由此保证电站避雷器的标称放电电流不小于任一途径下仿真得到的雷电放电电流。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简便描述，将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本发明并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本发明，某些步骤可以采用其它顺序或者同时进行。

基于与上述实施例中的电站避雷器标称放电电流的确定方法相同的思想，本发明还提供电站避雷器标称放电电流的确定系统，该系统可用于执行上述电站避雷器标称放电电流的确定方法。为了便于说明，电站避雷器标称放电电流的确定系统实施例的结构示意图中，仅仅示出了与本发明实施例相关的部分，本领域技术人员可以理解，图示结构并不构成对系统的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件布置。

图3为本发明一实施例的电站避雷器标称放电电流的确定系统的示意性结构图，如图3所示，本实施例的电站避雷器标称放电电流的确定系统包括：仿真模型建立单元310、仿真计算单元320以及标称放电电流确定单元330，各单一详述如下：

所述仿真模型建立单元310，用于获取电站的运行电压等级以及电气拓扑结构，以此建立电站对应的ATP-EMTP模型。

可选地，所述电站的电气拓扑结构中的信息包括：电站中设备与设备的连接关系，以及设备对应的配置信息；其中，所述设备包括两台避雷器；所述两台避雷器分别位于电站出线断路器的两侧。

所述仿真计算单元320，用于获取预定义的至少两个雷电影响因子，获取各雷电影响因子对应的预设值，将所述至少两个雷电影响因子及其对应的预设值输入所述ATP-EMTP模型，通过所述ATP-EMTP模型仿真雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流。

可选地，所述至少两种途径包括雷击杆塔反击途径和雷绕击导线途径。其中。

可选地，所述至少两个雷电影响因子包括：落雷点与电站的位置距离、雷电侵入波波形、避雷器额定电压、相邻避雷器的安装间距以及杆塔冲击接地电阻。

所述标称放电电流确定单元330，用于根据雷电不同侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流确定所述避雷器的标称放电电流，所述标称放电电流不小于任一途径侵入时的雷电放电电流。

优选地，所述标称放电电流确定单元330根据各途径侵入到电站避雷器的雷电放电电流的波形、按照通用的避雷器标准确定所述避雷器的标称放电电流。例如对于金属氧化物避雷器，按照GB11032给出的标准标称放电电流最靠近的标准值确定所述避雷器的标称放电电流。

在一可选实施例中，其中至少一个雷电影响因子的预设值为多个；例如，落雷点与电站的位置距离对应的多个预设值，且相邻两个落雷点位置的最小间隔为500m。对应地，所述仿真计算单元320，可具体用于将所述至少两个雷电影响因子对应的预设值进行组合，得到所述至少两个雷电影响因子对应的多个预设值组合；分别将所述至少两个雷电影响因子对应的各预设值组合输入所述ATP-EMTP模型，以此得到各预设值组合下的、至少两种雷电侵入途径情况下电站避雷器的雷电放电电流。

需要说明的是，上述示例的电站避雷器标称放电电流的确定系统的实施方式中，各单元之间的信息交互、执行过程等内容，由于与本发明前述方法实施例基于同一构思，其带来的技术效果与本发明前述方法实施例相同，具体内容可参见本发明方法实施例中的叙述，此处不再赘述。

此外，上述示例的电站避雷器标称放电电流的确定系统的实施方式中，各功能单元的逻辑划分仅是举例说明，实际应用中可以根据需要，例如出于相应硬件的配置要求或者软件的实现的便利考虑，将上述功能分配由不同的功能单元完成，即将所述电站避雷器标称放电电流的确定系统的内部结构划分成不同的功能单元，以完成以上描述的全部或者部分功能。

本领域普通技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，作为独立的产品销售或使用。所述程序在执行时，可执行如上述各方法的实施例的全部或部分步骤。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-OnlyMemory，ROM)或随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)等。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其它实施例的相关描述。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，不能理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。