一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法、系统及介质

1.本发明涉及高电压与绝缘技术领域，具体而言，涉及一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法、系统及介质。


背景技术：

2.在传统的接地系统冲击散流性能评估方法中，通常采用基于冲击系数等效的冲击接地电阻作为评估指标，是以接地系统的工频接地电阻乘以冲击系数等效冲击接地电阻。再将计算得到的冲击接地电阻与标准阈值进行比较，从而判断该接地装置是否满足安全的接地要求。但在实际运行中，满足规程要求的接地装置，依然出现在雷击接地装置散流时，电气设备出现损坏的现象。这说明传统的评估方法存在一定的局限性，其中和实际情况存在较大的差异之一就是没有考虑连续冲击放电会存在的继后电压抬升现象。
3.实际雷电是具有一次击穿多次放电的特性，在连续冲击放电过程中，由于前序冲击放电会在地中形成明显的放电通道，且当继后冲击放电时间间隔较大时前序冲击放电通道会变为具有中空气腔的闪电岩高阻通道，会不断累积阻碍继后冲击放电，进而导致继后冲击接地增大，继后冲击电压抬升。
4.因此，在实际的雷电击穿多次放电过程中，如果继续使用传统方法，不考虑连续冲击放电存在的继后电压抬升对冲击散流性能进行评估，会造成对接地装置的雷击散流性能评估误差的，评估的结果不准确。
5.有鉴于此，特提出本技术。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是现有技术中，没有考虑连续冲击放电存在的继后电压抬升对冲击散流性能进行评估，造成对接地装置的雷击散流性能评估误差的，评估的结果不准确，目的在于提供一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法、系统及介质，能够减少对接地装置雷击散流性能评估的误差，提高了评估结果的精确性。
7.本发明通过下述技术方案实现：
8.一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法，方法步骤包括：
9.获取接地装置的环境参数以及冲击接地电阻；
10.基于所述环境参数，并结合雷电冲击的时间间隔，计算获得继后冲击系数；
11.基于所述继后冲击系数以及所述冲击接地电阻，计算获得继后冲击电阻；
12.将所述冲击接地电阻与所述继后冲击接地电阻分别与接地电阻安全阈值进行比较，并基于两者的比较结果对所述接地装置的安全性能进行预测。
13.传统的在对接地装置雷击冲击散流性能进行评估的时候，通常采用基于冲击系统等效的冲击接地电阻作为评估指标进行评估，但是在采用这种方法对接地装置进行评估的时候，没有考虑连续冲击放电存在的继后电压抬升对冲击散流性能进行评估，造成对接地装置的雷击散流性能评估误差的，评估的结果不准确；本发明提供了一种接地装置雷电冲
击散流性能评估方法，通过设置与雷电冲击次数以及环境因素相关的继后冲击系数，并通过继后冲击系数计算的继后冲击电阻以及接地冲击电阻来同时判断接地装置的雷电冲击散流性能安全性，能够减少对接地装置雷击散流性能评估的误差，提高了评估结果的精确性。
14.优选地，所述冲击接地电阻的获取方法为：
15.通过获取所述接地装置的冲击系数以及工频接地电阻，将所述冲击系数以及所述工频接地电阻做乘积运算，获得所述冲击接地电阻。
16.优选地，所述环境参数包括接地极结构和土壤电阻率和土壤类型含水量。
17.优选地，所述继后冲击系数的具体表达式为：
[0018][0019]
α2＝f(xi)＝f(p，x1，x2，
…
)
[0020]
α2为继后冲击系数，b、c为拟合的环境参数常数，f(xi)为多个因素的综合表征函数，xi为第i种因素的影响参数，p为概率性出现因素。
[0021]
优选地，所述继后冲击电阻的具体表达式为：
[0022]
r2＝α2×
r1＝α2α1×
r0[0023]
r2为继后冲击电阻，α2为继后冲击系数，r0为工频接地电阻，α1为冲击系数，r1为冲击接地电阻，t为实时雷击间隔时间，t0为雷电冲击连续时间间隔。
[0024]
优选地，将所述冲击接地电阻与所述继后冲击接地电阻分别与安全阈值进行比较中，具体比较以及对应的预测结果表达式为：
[0025]
冲击性能
[0026]rs
为接地电阻安全阈值。
[0027]
本发明还提供了一种接地装置雷电冲击散流性能评估系统，包括参数获取模块、第一计算模块、第二计算模块以及对比判断模块；
[0028]
所述参数获取模块，用于获取接地装置的环境参数以及冲击接地电阻；
[0029]
所述第一计算模块，用于基于所述环境参数，并结合雷电冲击的时间间隔，计算获得继后冲击系数；
[0030]
所述第二计算模块，用于基于所述继后冲击系数以及所述冲击接地电阻，计算获得继后冲击电阻；
[0031]
所述对比判断模块，用于将所述冲击接地电阻与所述继后冲击接地电阻分别与接地电阻安全阈值进行比较，并基于两者的比较结果对所述接地装置的安全性能进行预测。
[0032]
优选地，在所述参数获取模块中，所述冲击接地电阻的获取为：通过获取所述接地装置的冲击系数以及工频接地电阻，将所述冲击系数以及所述工频接地电阻做乘积运算，获得所述冲击接地电阻。
[0033]
优选地，所述环境参数包括接地极结构、土壤电阻率、土壤类型含水量。
[0034]
本发明还提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处
理器执行时，实现如上所述的方法。
[0035]
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
[0036]
本发明实施例提供的一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法、系统及介质，通过设置与雷电冲击次数以及环境因素相关的继后冲击系数，并通过继后冲击系数计算的继后冲击电阻以及接地冲击电阻来同时判断接地装置的雷电冲击散流性能安全性，能够减少对接地装置雷击散流性能评估的误差，提高了评估结果的精确性。
附图说明
[0037]
为了更清楚地说明本发明示例性实施方式的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
[0038]
图1为评估方法示意图；
[0039]
图2为继后冲击电阻与首次冲击电阻比值随时间间隔变化图。
具体实施方式
[0040]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
[0041]
在以下描述中，为了提供对本发明的透彻理解阐述了大量特定细节。然而，对于本领域普通技术人员显而易见的是：不必采用这些特定细节来实行本本发明。在其他实施例中，为了避免混淆本本发明，未具体描述公知的结构、电路、材料或方法。
[0042]
在整个说明书中，对“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”的提及意味着：结合该实施例或示例描述的特定特征、结构或特性被包含在本本发明至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个地方出现的短语“一个实施例”、“实施例”、“一个示例”或“示例”不一定都指同一实施例或示例。此外，可以以任何适当的组合和、或子组合将特定的特征、结构或特性组合在一个或多个实施例或示例中。此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的示图都是为了说明的目的，并且示图不一定是按比例绘制的。这里使用的术语“和/或”包括一个或多个相关列出的项目的任何和所有组合。
[0043]
在本发明的描述中，术语“前”、“后”、“左”、“右”、“上”、“下”、“竖直”、“水平”、“高”、“低”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0044]
实施例一
[0045]
传统的在对接地装置雷击冲击散流性能进行评估的时候，通常采用基于冲击系统等效的冲击接地电阻作为评估指标进行评估，冲击接地电阻是等于工频接地电阻与冲击系数的乘积，并将其与接地电阻的安全阈值进行比较来进行评估。当冲击接地电阻值大于安全阈值时，认为此时接地设计存在安全问题，反之则认为该安全设计符合要求。但是在采用这种方法对接地装置进行评估的时候，没有考虑连续冲击放电存在的继后电压抬升对冲击
散流性能进行评估，造成对接地装置的雷击散流性能评估误差的，评估的结果不准确。
[0046]
本实施例公开了一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法，通过设置与雷电冲击次数以及环境因素相关的继后冲击系数，并通过继后冲击系数计算的继后冲击电阻以及接地冲击电阻来同时判断接地装置的雷电冲击散流性能安全性，能够减少对接地装置雷击散流性能评估的误差，提高了评估结果的精确性。本实施例中的具体评估方法如图1所示，方法步骤包括：
[0047]
s1：获取接地装置的环境参数以及冲击接地电阻；
[0048]
所述冲击接地电阻的获取方法为：通过获取所述接地装置的冲击系数以及工频接地电阻，将所述冲击系数以及所述工频接地电阻做乘积运算，获得所述冲击接地电阻。所述环境参数包括接地极结构、土壤电阻率、土壤类型含水量等。
[0049]
在步骤s1中，在接地装置设置环境参数，在长期运行后，是会对接地装置带来影响的，因此在本实施例中，考虑在接地装置长期的运行过程中，环境因素对接地装置带来的影响，获取相关的环境因素来进行综合计算。
[0050]
s2：基于所述环境参数，并结合雷电冲击的时间间隔，计算获得继后冲击系数；继后冲击系数作为新的土壤冲击散流性能的补充评估参数，既可以定量的表征了连续冲击造成的继后冲击接地电阻变化情况，进而体现继后冲击电压抬升情况。同时，采用继后冲击系数作为补充完善指标，可以与现有基于冲击系数计算冲击接地电阻的评估方法完全契合，既能完善评估精度，又可以便捷推广，不会和常见方法脱节。
[0051]
继后冲击系数在连续冲击时间间隔较短时随着时间间隔增大呈指数规律上升。因为继后冲击接地电阻值可以看作首次冲击接地电阻乘以继后冲击系数，因此在时间间隔较小时，继后冲击接地电阻随着时间间隔的增大呈指数规律上升并趋近于1，时间间隔较大时则随着时间间隔的增大出现继后冲击系数大于1的情况，因此定义继后冲击系数为分段函数，所述继后冲击系数的具体表达式为：
[0052][0053]
α2＝f(xi)＝f(p,x1,x2,
…
)
[0054]
α2为继后冲击系数，b、c为拟合的环境参数常数，f(xi)为多个因素的综合表征函数，xi为影响继后冲击系数的变量，p为概率性出现因素，t为实时雷击间隔时间，t0为雷电冲击连续时间间隔。
[0055]
其中x1～xi分别代表了介质、电流、接地极三个方面以及本文未开展研究的的多种因素的影响，p代表概率性出现因素：继后冲击系数变化规律，当时间间隔较小时，继后冲击系数随时间间隔增大呈指数规律增大为固定情况。当时间间隔较大时，继后冲击系数与多种影响因素有关，且具有概率性，当时间间隔超过一定值，继后冲击系数是概率函数，继后电压抬升比例越大，出现该情况的概率则越小，即具有最大继后冲击系数概念。具体规律如图2所示。
[0056]
s3：基于所述继后冲击系数以及所述冲击接地电阻，计算获得继后冲击电阻；
[0057]
所述继后冲击电阻的具体表达式为：
[0058]
r2＝α2×
r1＝α2α1×
r0[0059]
r2为继后冲击电阻，α2为继后冲击系数，r0为工频接地电阻，α1为冲击系数，r1为冲
击接地电阻。
[0060]
s4：将所述冲击接地电阻与所述继后冲击接地电阻分别与接地电阻安全阈值进行比较，并基于两者的比较结果对所述接地装置的安全性能进行评估。
[0061]
在步骤s4中，是通过复合指标多段对接地装置进行预警评估，将冲击接地电阻及继后冲击接地电阻全部作为评估指标，同时增设预警状态，构建多段评估标准，实现对继后冲击电压过渡抬升的概率性和不确定的裕度设置。
[0062]
其中各指标的判定条件递推过程如下：考虑连续冲击对冲击接地电阻的影响，从而要求连续冲击下的每一次冲击接地电阻均小于接地的安全阈值，即首次冲击接地电阻r1和继后冲击接地电阻r2均小于标准中的安全阈值rs，具体为：
[0063]
r2＜rs,r1＜rs/α2[0064]
由于在同一种因素影响下，继后冲击系数受雷电冲击次数等不确定性因素影响是一个取值范围，因此为保证接地安全评估结论更加可靠，则需保证继后冲击系数取较为严苛的最大值α
2max
时，继后冲击接地电阻依然小于安全阈值，即：
[0065]r2max
＜rs,r1＜rs/α
2max
[0066]
同时实际情况中，由于环境条件存在变化，如某一区域中，由于四季交替，土壤的含水量及电阻率会发生变化，四季交替会影响雷电参数的变化，温度和土壤改性等同样会改变土壤参数。因此继后冲击系数α
2max
并非为确定值，不同季节不同时间段测定的继后冲击系数可能不同。
[0067]
为此，我们在评估中需要考虑最严苛的工作环境，即在可能的因素变化范围内，考虑在多种因素作用下在时间尺度上可能出现的极大继后冲击系数α
tmax
，根据目前研究定义α
tmax
＝1.7。即接地评估过程中，若r1.α
2max
＜rs，但是1.7r1＞rs，则说明短时间内，接地评估合格，但在长期运行中可能出现安全问题。继后冲击接地电阻极大值为r
tmax
＝1.7r1。
[0068]
评估方法中将安全评估限值细分为多段式评估，设定两个安全档位限值rq和rh。令
[0069]rq
＝rs/1.7,rh＝0.95rs[0070]
具体判定条件为，若r2＞rh＝0.95rs，则可知该区域的接地电阻值不满足安全接地要求，因为无论雷击地网的次数为何，地电位抬升均可能威胁人身和电气设备的安全，因此此时接地安全不符合要求或不合格。
[0071]
当r1＞rq＝rs/1.7且r2＜rh＝0.95rs时，可以判定在该情况下，接地设计满足安全接地要求。但若此时出现较为严苛情况，即r
tmax
＝1.7r1＞rs，则说明该换流站在严格情况下或长期运行中可能出现继后冲击接地电阻不满足安全接地要求。
[0072]
由于继后冲击抬升现象并非100％出现，因此当雷电通过接地网散流时，继后冲击接地电阻不满足安全接地要求的情况也是概率性出现，因此此时接地处于安全预警的情况。之所以选择0.95rs，是因为在实际评估中需对评估结果留有一定的裕度，该裕度可根据实际情况设置不同的值。
[0073]
当r1＜rq＝rs/1.7时，即该区域的继后冲击接地电阻也满足安全接地要求，可以确定当多冲击雷由接地网进行散流时，每次冲击接地电阻均小于安全阈值，因此此时认为接地设计满足安全接地条件。
[0074]
综上，基于电压抬升的接地安全预警具体表达式为：
[0075]
冲击性能
[0076]
具体实施过程：
[0077]
以垂直接地极为例，结合杆塔电压等级等参数，查询规程中规定此时的冲击接地电阻安全阈值为30ω，即rs＝30ω，冲击系数α_1＝1.2。考察调研得知当地土壤含水量为6％，含盐量为0.5％，土壤为沙土，接地极为垂直极接地极。试验计算此时的α2max＝1.5。通过上述参数可知，当工频接地电阻小于14.58ω时，接地设计合格，当工频接地电阻大于14.58ω小于15.83ω时，接地设计处于预警状态，当工频接地电阻大于15.83ω时，接地设计不合格。
[0078]
不同情况的接地冲击特性关键参数如表一所示。
[0079]
若为情况1，通过温纳四极法等方法测量计算出此处的实际工频接地电阻为7ω，即r0＝7ω。则计算得知，首次冲击接地电阻为8.4ω，继后冲击接地电阻为12.6ω。首次冲击接地电阻小于30/1.7＝17.5ω，继后冲击接地电阻小于30
×
0.95＝28.5ω，因此判定此时该接地网符合安全接地标准，合格。
[0080]
若现场实测结果为情况2，则为不合格；若现场实测结果为情况3则为预警。
[0081]
表一连续冲击评估案例分析
[0082][0083][0084]
本实施例公开的一种接地装置雷电冲击散流性能评估方法，通过设置与雷电冲击次数以及环境因素相关的继后冲击系数，并通过继后冲击系数计算的继后冲击电阻以及接地冲击电阻来同时判断接地装置的雷电冲击散流性能安全性，能够减少对接地装置雷击散流性能评估的误差，提高了评估结果的精确性。
[0085]
实施例二
[0086]
本实施例公开的一种接地装置雷电冲击散流性能评估系统，本实施例是为了实现如实施例一种的评估方法，包括参数获取模块、第一计算模块、第二计算模块以及对比判断模块；
[0087]
所述参数获取模块，用于获取接地装置的环境参数以及冲击接地电阻；
[0088]
所述第一计算模块，用于基于所述环境参数，并结合雷电冲击的时间间隔，计算获得继后冲击系数；
[0089]
所述第二计算模块，用于基于所述继后冲击系数以及所述冲击接地电阻，计算获得继后冲击电阻；
[0090]
所述对比判断模块，用于将所述冲击接地电阻与所述继后冲击接地电阻分别与接地电阻安全阈值进行比较，并基于两者的比较结果对所述接地装置的安全性能进行评估。
[0091]
在所述参数获取模块中，所述冲击接地电阻的获取为：通过获取所述接地装置的冲击系数以及工频接地电阻，将所述冲击系数以及所述工频接地电阻做乘积运算，获得所述冲击接地电阻。
[0092]
所述环境参数包括接地极结构、土壤电阻率、土壤类型含水量。
[0093]
实施例三
[0094]
本实施例公开了一种计算机存储介质，其上存储有计算程序，该计算机程序被处理器执行时，实现如实施例一所述的方法。
[0095]
本领域内的技术人员应明白，本技术的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本技术可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本技术可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、cd-rom、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
[0096]
本技术是参照根据本技术实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序发布指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序发布指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的发布指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
[0097]
这些计算机程序发布指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的发布指令产生包括发布指令装置的制造品，该发布指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
[0098]
这些计算机程序发布指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的发布指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
[0099]
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。