電力系統(tǒng)接地-雷擊輸電線路單相接地故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

［全］電力系統(tǒng)接地■雷擊輸電線路單相接地故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

雷擊輸電線路故障是影響電力系統(tǒng)安全運(yùn)行中主要的問題，雷擊

引起的輸配電網(wǎng)跳閘事故頻繁發(fā)生，通常雷電輸電線路引起斷

線接地故障時(shí)，雷電流經(jīng)斷線流散至地面，這高幅值與高頻率的

故障電流將對(duì)斷線入地點(diǎn)周圍生物安全造成極大的威脅，生物靠

近電勢(shì)區(qū)域時(shí)會(huì)在兩腳之間產(chǎn)生電勢(shì)差造成跨步電壓觸電事故。

跨步電壓對(duì)人體造成較大的危害，輕則燒傷皮膚、器官等，留下

傷痕，情況嚴(yán)重時(shí)過大的電流會(huì)造成生命危險(xiǎn)。由于配網(wǎng)線路長(zhǎng)

度的大幅增長(zhǎng)，配網(wǎng)規(guī)模越來越大，穿越高密度人群的問題不可

避免，雷擊配網(wǎng)斷線接地的隱患將越加突出。目前而言，解決配

電網(wǎng)斷線接地故障仍是一項(xiàng)世界級(jí)難題。

目前國(guó)內(nèi)外針對(duì)跨步電壓的相關(guān)研究，主要集中在發(fā)電廠、變電

站接地網(wǎng)的跨步電壓仿真與接地電阻測(cè)試以及配電網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行

風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等，而缺乏輸電線路斷線接地跨步

電壓測(cè)試和風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)。而在輸電線路遭受直接雷擊時(shí)，跨步

電壓測(cè)評(píng)方法將變得更加復(fù)雜，為了準(zhǔn)確地對(duì)雷擊下跨步電壓

進(jìn)行測(cè)評(píng)，迫切需要建立一種智能測(cè)評(píng)平臺(tái)，能考慮雷擊輸電線

路產(chǎn)生過電壓經(jīng)斷線流散的影響，測(cè)評(píng)周圍土壤區(qū)域的跨步電壓

風(fēng)險(xiǎn)，并進(jìn)行安全評(píng)估。

問題拆分

電源模塊、線路模塊、跨步電壓測(cè)試模塊、實(shí)驗(yàn)箱和數(shù)據(jù)模塊。

電源模塊為電壓沖擊源；實(shí)驗(yàn)箱包括上端引入的線路模塊和下端

搭載的跨步電壓測(cè)試模塊;沖擊電壓源通過單根導(dǎo)線與線路模塊

連接，線路模塊由A相線路、B相線路和C相線路組成；跨步

電壓測(cè)試模塊通過接地導(dǎo)線與斷線連接連接，并由模擬跳線和電

壓機(jī)器人組成接地線與模擬連接。步電壓進(jìn)行危險(xiǎn)等級(jí)的相關(guān),

為制定相關(guān)安全警報(bào)和防護(hù)措施意見，提供現(xiàn)場(chǎng)基礎(chǔ)。

問題解決

雷擊輸電線路單相接地故障的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，包括電源模塊

(31)、線路模塊(32)、跨步電壓測(cè)試模塊(33)、實(shí)驗(yàn)箱(19)和數(shù)

據(jù)分析模塊(20);上述電源模塊(31)為沖擊電壓源(2)

所述線路模塊(32)包括A相線路(5)、B相線路(6)、C相線路⑺

和三相負(fù)載(16);三相負(fù)載(16)為RLC負(fù)載;沖擊電壓源(2)的

出線連接到A相線路(5)、B相線路(6)和C相線路(7)的輸入端;

A相線路⑸包括包括連接的線路探源一(8)、線路結(jié)果四Q2)和

負(fù)載變壓器Q5個(gè)的A相變壓?jiǎn)卧?，A相變壓?jiǎn)卧敵龆诉B接到

三相負(fù)載(16);B相線路⑹包括具體連接的線路路徑二(9)、線

路電阻五(13)和負(fù)載變壓器(15)的B相變壓?jiǎn)卧?B相變壓?jiǎn)卧?/p>

的輸出端也連接到三相負(fù)載Q6);C相線路(7)包括路線結(jié)果三

(10)、線路回路六(14)和負(fù)載變壓器Q5)的C相變壓?jiǎn)卧?，線路

回路三(10)的輸入端為C相線路(7)的輸入端,線路回路三(10)

的輸出端連接到斷線連接Q1)的輸入導(dǎo)線Q01),斷線(11)的輸出

導(dǎo)線Q02)到線路探路六(14)的輸入端線路探路六Q4)的輸出端

連接到C相變壓?jiǎn)卧妮斎攵斯は嘧儔簡(jiǎn)卧妮敵龆艘策B接到

三相負(fù)載(16);

上述斷線三開關(guān)(11)包括電流傳感器一(104)、電流傳感器二

(105)、電流傳感器三(106)、高壓開關(guān)一(107)、高壓開關(guān)二(108)、

高壓開關(guān)三(109))、電流采集裝置(113)、開關(guān)動(dòng)作判斷處理器

(115)以及無線接收裝置(16);斷線中央1(11)的輸入導(dǎo)線Q01)、

輸出導(dǎo)線(102)和分別連接導(dǎo)線開關(guān)(103)連接到高壓開關(guān)一

(107).高壓開關(guān)二(108)和高壓開關(guān)三(109)的輸入端，高壓開

關(guān)一(107)、高壓開關(guān)二(108)和高壓三(109)的輸出端彼此連接；

電流傳感器一(104)、傳感器電流傳感器三(105)和電流傳感器三

(106)分別套裝在斷線二(11)的輸入導(dǎo)線Q01)、輸出導(dǎo)線(102))

和接地開關(guān)導(dǎo)線(103),其輸出端均連接到電流采集裝置Q13);

高壓開關(guān)一(107)、高壓開關(guān)二(108)和高壓三(109)還分別控制

其開關(guān)輸入或斷開的繼電器一(110)、繼電器二(111)和繼電器三

(112),繼電器一(110)、繼電器二(111)和繼電器三(112)均連接

到動(dòng)作判斷(114)；電流采集裝置(113)和開關(guān)動(dòng)作判斷裝置Q14)

連接到中央處理器Q15),中央處理器(115)通過無線收發(fā)裝置

Q16)連接到數(shù)據(jù)分析模塊(20);

所述跨步電壓測(cè)試模塊(33)包括模擬爬行Q7廂電壓測(cè)量機(jī)器人

(18);模擬試驗(yàn)(17)由偶然的土壤填充,與斷線連接Q1)的接地

導(dǎo)線(103)連續(xù)接觸；電壓測(cè)量機(jī)器人(18)位于模擬線上(17)上，

并無線連接到數(shù)據(jù)分析模塊(20)。

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)的實(shí)驗(yàn)方法，包括以下步驟：

一點(diǎn)點(diǎn)設(shè)定故障電流持續(xù)時(shí)間，通過電流傳感器三(106)采集

斷線入地電流，通過數(shù)據(jù)分析模塊(20腔制電壓測(cè)量機(jī)器人(18)

測(cè)量點(diǎn)跨步電壓，并記錄每個(gè)電壓測(cè)試點(diǎn)與電流注入點(diǎn)距離；

第二步、由下公式計(jì)算測(cè)試點(diǎn)跨步電壓理論值Uti:

3k=2TTkfzk=0/lz2/3,.../271(1)

式⑴中，3k表示第k個(gè)角頻率，f為基波頻率；式⑵中，(pk

為第k個(gè)相位，a為波前衰減系數(shù)，p為波尾衰減系數(shù)；式(3)

中，UTI表示第一個(gè)跨步電壓測(cè)試點(diǎn)的理論計(jì)算值，正為電壓測(cè)

試點(diǎn)總個(gè)數(shù)，B為波形矯正系數(shù)，我為實(shí)際所測(cè)得的入地雷電流

幅值，Rb為人體搜索，「為實(shí)驗(yàn)箱中土壤勘探率ji第i個(gè)電

壓測(cè)試點(diǎn)到電流注入點(diǎn)的距離,S為跨步，距離R0=p/(4b)為

接觸物，b為綜合原因，n為積分原因，為計(jì)及接觸的高斯影響

系數(shù)；

第三步、采用粒子群優(yōu)化對(duì)算法跨步電壓公式進(jìn)行建模，步驟計(jì)

算出使跨步電壓實(shí)測(cè)值與理論步值最小的g值，步驟：

(1)生成具有均勻分布的粒子和速度的初始狀態(tài)，設(shè)置整體停止

條件；

(2)按照式(4)計(jì)算群體最優(yōu)位置:

式中，Ufi為第i個(gè)測(cè)試點(diǎn)的跨步電壓實(shí)測(cè)值，f為均方根性能；

(3)更新每個(gè)粒子的速度和位置；

(4)計(jì)算每個(gè)粒子位置的實(shí)際功能值，同時(shí)更新粒子的個(gè)體歷史

最佳位置與整個(gè)群體的最佳位置；

(4)若滿足停止條件，則停止搜索，輸出搜索結(jié)果；否則返回第(3)

步；

(5)根據(jù)優(yōu)化結(jié)果最優(yōu)值g0代入公式(3),優(yōu)化后的理論公式為:

式(5)中，R為土壤區(qū)域任意位置到接地導(dǎo)線(103)入地點(diǎn)

距離，U噸為優(yōu)化后土壤區(qū)域任意位置的跨步電壓理論值；

第四步、計(jì)算人體計(jì)的最大跨步電壓，并劃分危險(xiǎn)區(qū)域:

式中，ts為故障電流持續(xù)時(shí)間，分析模塊（20）論（6）式計(jì)算

人體能儲(chǔ)存的最大跨步電壓火花U,規(guī)則進(jìn)行危險(xiǎn)區(qū)域劃分：當(dāng)

Ut<U時(shí)，為安全；當(dāng)Ut2U時(shí)