Моделирование грозопоражаемости

ВОЗМОЖНОСТИ КОМПЬЮТЕРНОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ
ГРОЗОПОРАЖАЕМОСТИ ВЛ НА ОСНОВЕ МОДЕЛИ
ОРИЕНТИРОВКИ ЛИДЕРА МОЛНИИ
Авторы:
Гайворонский А.С., Голдобин В.Д.
Докладчик : Гайворонский Александр Сергеевич
СОДЕРЖАНИЕ
1 Основные положения модели, алгоритм расчета
2 Тестирование модели
2.1 Тест на идентичность
2.2 Сравнение с опытом эксплуатации «эталонных» ВЛ
3 Результаты численных экспериментов
3.1 Радиус стягивания разрядов молнии – зависимость от
высоты объекта, тока молнии
3.2 Вероятность прорыва молнии – зависимость от
конструктивных параметров, влияние рабочего напряжения ВЛ
3.3 Закон распределения амплитуды тока молнии для
ударов в провод – корреляция с вероятностью прорыва
3.4 Избирательность поражения: распределение ударов по
длине пролета, фазным проводам
2
ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МОДЕЛИ, АЛГОРИТМ РАСЧЕТА
ИСХОДНОЕ СОСТОЯНИЕ СИСТЕМЫ:
- геометрия объекта;
- поле точек старта - случайных координат ЛМ, распределенных по закону равномерной плотности;
- случайные амплитуды тока молнии, распределенные по логнормальному закону (параметры ЛМ).
ПОСТРОЕНИЕ РЕАЛИЗАЦИЙ СЛУЧАЙНОГО ПРОЦЕССА:
- моделирование случайного процесса распространения ЛМ;
- моделирование восходящих встречных разрядов ВР с проводов и тросов ВЛ;
- моделирование электрического поля в системе «лидер молнии – встречные разряды – провода и
тросы ВЛ»;
- критерий ориентировки – приближение ЛМ на критическое расстояние от ВР с троса, провода,
поверхности земли.
СТАТИСТИЧЕСКИЕ ОЦЕНКИ:
- удельное число ударов молнии в трос, опору;
- удельное число ударов молнии в фазный провод, число отключений;
- распределение ударов по длине пролета, фазным проводам;
- параметры закона распределения амплитуды тока молнии для ударов в трос, провод.
3
ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Lightning 2.0
Основное окно программы
Вкладка визуализация
4
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ – ТЕСТ НА ИДЕНТИЧНОСТЬ
Реакция модели на внешнее электрическое поле грозового облака на уровне земли ЕВН
ЕВН = 0 кВ/м
ЕВН = 10 кВ/м
ЕВН = 1000 кВ/м
5
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ –
СРАВНЕНИЕ С ОПЫТОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ «ЭТАЛОННЫХ» ВЛ
Характеристики «эталонных» ВЛ
Наименование характеристики
Класс напряжения, кВ
Количество цепей
Уровень импульсной электрической
прочности линейной изоляции, кВ
Сопротивление заземления опор, Ом
Протяженность линии, км
Период наблюдения, лет
Число грозовых отключений, 1/100 км/40 г.д.
ВЛ 230 кВ на опорах портального типа
Значение для ВЛ:
ВЛ 230 кВ
ВЛ 345 кВ
230
345
1
2
1500
1600
5
236
25
0,24
5
143
11
3,44
ВЛ 345 кВ на опорах башенного типа
6
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ –
СРАВНЕНИЕ С ОПЫТОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ «ЭТАЛОННЫХ» ВЛ
Результаты сравнения, подстройка параметра модели КВ
Nоткл,
1/100км/40г.д.
10
3,44
1
0,24
0,1
ВЛ 230 кВ на опорах ПТ
ВЛ 345 кВ на опорах БТ
0,01
0
0,025
0,05
Кв, м/с/В
0,075
EBH ( xiB , yiB , ziB , ti )
drBP (t )
 VBP (t ) 
K B BP (t )
dt
E
7
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ –
СРАВНЕНИЕ С ОПЫТОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ «ЭТАЛОННЫХ» ВЛ
Результаты сравнения, подстройка параметра модели КВ
90
0,9
80
0,8
ВЛ 345кВ на опорах БТ
Длина ВР с троса, м
70
0,7
ВЛ 230 кВ на опорах ПТ
60
0,6
50
0,5
40
0,4
30
0,3
20
0,2
10
0,1
0
0
0,01
0,02
0,03
0,04
0,05
0,06
0,07
Длина ВР с провода/длина ВР с троса, о.е.
Физическая трактовка влияния параметра модели КВ на вероятность прорыва молнии –
уменьшение соотношения длин встречных разрядов с провода и троса
0
Кв, м/с/В
0,08
8
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ –
СРАВНЕНИЕ С ОПЫТОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ «ЭТАЛОННЫХ» ВЛ
Пример случайной реализации:
ВЛ 230 кВ, удар молнии в провод, ток молнии – 24,9 кА
9
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ –
СРАВНЕНИЕ С ОПЫТОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ «ЭТАЛОННЫХ» ВЛ
Пример случайной реализации: ВЛ 345 кВ, удар молнии в трос, ток молнии – 29,2 кА
10
ТЕСТИРОВАНИЕ МОДЕЛИ –
СРАВНЕНИЕ С ОПЫТОМ ЭКСПЛУАТАЦИИ «ЭТАЛОННЫХ» ВЛ
Пример случайной реализации: ВЛ 345 кВ, удар молнии в провод, ток молнии – 46,4 кА
11
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Радиус стягивания RS – зависимость от высоты объекта НОБ и тока молнии IМ
400
Rs, м
RS, м
350
300
200
Расчет по модели ориентировки
180
Расчет по (1)
160
Расчет по (2)
Расчет по модели ориентировки, Ноб=10м
Расчет по модели ориентировки, Ноб=30м
Расчет по модели ориентировки, Ноб=50м
Расчет по (3)
140
250
120
200
100
150
80
60
100
40
50
Ноб, м
20
0
0
0
20
40
60
80
100
120
0
20
40
Hоб, м
80
100
Iм, кА
RS  16,3  H ÎÁ0,61 (1)

2  H ÎÁ2
, ïðè H ÎÁ  30 ì
5  H ÎÁ 
RS  
30
0,75  ( H  90), ïðè H  30 ì
ÎÁ
ÎÁ

60
rc  10 I 0.65
(3)
(2)
12
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Вероятность прорыва молнии – зависимость
от конструктивных параметров ВЛ (НТ , α, НТП)
Прототип – ВЛ 500 кВ на опорах ПБ-1, пролет – 400 м
Вероятность прорыва, о.е.
0,1
0,01
0,001
0,0001
25
35
45
55
65
Высота подвеса троса, м
Угол защиты 0 град
Угол защиты 20 град
Угол защиты 10 град
Угол защиты 30 град
НТП = 10 м, сплошные линии – расчет по модели, пунктирные – расчет по (4):
lg( PÏÐ ) 
  HÒ
90
 4, (4)
Высота подвеса провода – 20 м
13
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Вероятность прорыва молнии – зависимость
от конструктивных параметров ВЛ (НТ , α, НТП)
Физическая трактовка влияния конструктивных параметров ВЛ (НТ , α, НТП) на
вероятность прорыва молнии – изменение соотношения длин встречных
разрядов с провода и троса
Угол защиты – 20 град
Высота подвеса троса – 30 м
14
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Вероятность прорыва молнии – влияние рабочего напряжения ВЛ
0,1
P пр(Uп=Uр) / Р пр(Uп=0)
P пр
8,6
10
2,5
1,0
1,1
0,01
1,2
1
0,001
110
220
330
500
1150
Класс напряжения ВЛ, кВ
Соотношение вероятностей прорыва молнии с учетом и без учета
рабочего напряжения для ВЛ 110 – 1150 кВ на типовых
опорах: П110-1, П220-3, П330-3, ПБ-1, ПОГ-1150
0
200
400
600
800
1000
1200
UВЛ, кВ
Зависимость вероятности прорыва молнии от величины
рабочего напряжения для ВЛ 1150 кВ
15
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Закон распределения амплитуд токов молнии для ударов в провод –
корреляция с вероятностью прорыва
Угол защиты – 20 град
Высота подвеса провода: 30м, 45м, 60м
16
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Избирательность поражения – распределение ударов молнии
по длине пролета, фазам ВЛ
Прототип – ВЛ 220 кВ на опорах П220-3
Расположение проводов и тросов
Распределение ударов по фазам
Распределение ударов в пролёте. Удары в трос.
Распределение ударов в пролёте. Удары в провод.
17
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Избирательность поражения – распределение ударов молнии
по длине пролета, фазам ВЛ
Прототип – ВЛ 220 кВ на опорах П220-3 без грозозащитного троса
Nударов (на 100 км, 100 г.ч.)
40
Фазные провода
35
Тросостойки
30
25
20
15
10
5
0
0
100
200
300
Длина пролета, м
400
500
Распределение ударов в пролёте. Удары в провод.
18
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Избирательность поражения – распределение ударов молнии
по длине пролета, фазам ВЛ
ВЛ 220 кВ, опора П220-2
ВЛ 220 кВ, опора П220-3
ВЛ 500 кВ, опора ПБ-1
19
РЕЗУЛЬТАТЫ ЧИСЛЕННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Избирательность поражения – распределение ударов молнии
в провод по фазе напряжения (ВЛ 220 кВ «ЦГЭС – Ш30»)
1,5
0,1
0,09
1
0,08
0,07
0,5
Р, о.е.
340-360
320-340
300-320
280-300
260-280
240-260
220-240
200-220
180-200
160-180
140-160
120-140
100-120
80-100
60-80
40-60
0,05
20-40
0
0-20
U, о.е.
0,06
0,04
-0,5
0,03
0,02
-1
0,01
-1,5
Полярность
напряжения
положительная
отрицательная
0
Доля ударов молнии в провод, %
расчет
опыт эксплуатации
по модели
70
67
30
33
20
СПАСИБО ЗА ВНИМАНИЕ!
21