全電力系統(tǒng)接地-雷擊輸電線路單相接地故障的風險評估

[全]電力系統(tǒng)接地-雷擊輸電線路單相接地故障的風險評估雷擊輸電線路故障是影響電力系統(tǒng)安全運行中主要的問題，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，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斷線入地點周圍生物安全造成極大的威脅，生物靠近電勢區(qū)域時會在兩腳之間產(chǎn)生電勢差造成跨步電壓觸電事故?？绮诫妷簩θ梭w造成較大的危害，輕則燒傷皮膚、器官等，留下傷痕，情況嚴重時過大的電流會造成生命危險。由于配網(wǎng)線路長度的大幅增長，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世界級難題。目前國內(nèi)外針對跨步電壓的相關研究，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試以及配電網(wǎng)系統(tǒng)運行風險評估和網(wǎng)架結(jié)構(gòu)風險評估等，而缺乏輸電線路斷線接地跨步電壓測試和風險評估技術。而在輸電線路遭受直接雷擊時，跨步電壓測評方法將變得更加復雜，為了準確地對雷擊下跨步電壓進行測評，迫切需要建立一種智能測評平臺，能考慮雷擊輸電線路產(chǎn)生過電壓經(jīng)斷線流散的影響，測評周圍土壤區(qū)域的跨步電壓風險，并進行安全評估。問題拆分電源模塊、線路模塊、跨步電壓測試模塊、實驗箱和數(shù)據(jù)模塊。電源模塊為電壓沖擊源；實驗箱包括上端引入的線路模塊和下端搭載的跨步電壓測試模塊；沖擊電壓源通過單根導線與線路模塊連接，線路模塊由A相線路、B相線路和C相線路組成；跨步電壓測試模塊通過接地導線與斷線連接連接，并由模擬跳線和電壓機器人組成，接地線與模擬連接。步電壓進行危險等級的相關，為制定相關安全警報和防護措施意見，提供現(xiàn)場基礎。問題解決雷擊輸電線路單相接地故障的風險評估實驗平臺，包括電源模塊(31)、線路模塊(32)、跨步電壓測試模塊(33)、實驗箱(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)上述實驗箱(19)包括上端搭載的線路模塊(32)和下端搭載的跨步電壓測試模塊(33)；所述線路模塊(32)包括A相線路(5)、B相線路(6)、C相線路(7)和三相負載(16)；三相負載(16)為RLC負載；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(5)包括包括連接的線路探源一(8)、線路結(jié)果四(12)和負載變壓器(15個的A相變壓單元，A相變壓單元輸出端連接到三相負載(16)；B相線路(6)包括具體連接的線路路徑二(9)、線路電阻五(13)和負載變壓器(15)的B相變壓單元，B相變壓單元的輸出端也連接到三相負載(16)；C相線路(7)包括路線結(jié)果三(10)、線路回路六(14)和負載變壓器(15)的C相變壓單元，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(11)的輸入導線(101)，斷線(11)的輸出導線(102)到線路探路六(14)的輸入端，線路探路六(14)的輸出端連接到C相變壓單元的輸入端，C相變壓單元的輸出端也連接到三相負載(16)；上述斷線三開關(11)包括電流傳感器一(104)、電流傳感器二(105)、電流傳感器三(106)、高壓開關一(107)、高壓開關二(108)、高壓開關三(109))、電流采集裝置(113)、開關動作判斷處理器(115)以及無線接收裝置(16)；斷線中央1(11)的輸入導線(101)、輸出導線(102)和分別連接導線開關(103)連接到高壓開關一(107)、高壓開關二(108)和高壓開關三(109)的輸入端，高壓開關一(107)、高壓開關二(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)的輸入導線(101)、輸出導線(102))和接地開關導線(103)，其輸出端均連接到電流采集裝置(113)；高壓開關一(107)、高壓開關二(108)和高壓三(109)還分別控制其開關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)均連接到動作判斷(114)；電流采集裝置(113)和開關動作判斷裝置(114)連接到中央處理器(115)，中央處理器(115)通過無線收發(fā)裝置(116)連接到數(shù)據(jù)分析模塊(20)；所述跨步電壓測試模塊(33)包括模擬爬行(17)和電壓測量機器人(18)；模擬試驗(17)由偶然的土壤填充，與斷線連接(11)的接地導線(103)連續(xù)接觸；電壓測量機器人(18)位于模擬線上(17)上，并無線連接到數(shù)據(jù)分析模塊(20)。實驗平臺的實驗方法，包括以下步驟：一點點設定故障電流持續(xù)時間，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）控制電壓測量機器人（18）測量點跨步電壓，并記錄每個電壓測試點與電流注入點距離；第二步、由下公式計算測試點跨步電壓理論值Uti：ωk＝2πkf,k＝0,1,2,3,...,271(1)式(1)中，ωk表示第k個角頻率，f為基波頻率；式(2)中，φk為第k個相位，α為波前衰減系數(shù)，β為波尾衰減系數(shù)；式（3）中，UTI表示第一個跨步電壓測試點的理論計算值，正為電壓測試點總個數(shù)，B為波形矯正系數(shù)，我為實際所測得的入地雷電流幅值，Rb為人體搜索，ρ為實驗箱中土壤勘探率，ri第i個電壓測試點到電流注入點的距離，S為跨步，距離R0＝ρ/(4b)為接觸物，b為綜合原因，η為積分原因，為計及接觸的高斯影響系數(shù)；第三步、采用粒子群優(yōu)化對算法跨步電壓公式進行建模，步驟計算出使跨步電壓實測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)，設置整體停止條件；(2)按照式(4)計算群體最優(yōu)位置：式中，Ufi為第i個測試點的跨步電壓實測值，f為均方根性能；(3)更新每個粒子的速度和位置；(4)計算每個粒子位置的實際功能值，同時更新粒子的個體歷史最佳位置與整個群體的最佳位置；(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線（103）入地點距離，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、計算人體計的最大跨步電壓，并劃分危險區(qū)域：式中，ts為故障電流持續(xù)時間，分析模塊（20）論（6）式計算人體能儲存的最大跨步電壓火花U，規(guī)則進行危險區(qū)域劃分：當Ut<U時，為安全；當Ut