评测AT方式下复线高架段电气化铁路雷击跳闸率的方法.pdf

上传人：111****11

文档编号：6223130

上传时间：2019-05-22

格式：PDF

页数：10

大小：476.47KB

《评测AT方式下复线高架段电气化铁路雷击跳闸率的方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《评测AT方式下复线高架段电气化铁路雷击跳闸率的方法.pdf（10页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(10)申请公布号 CN 103675511 A (43)申请公布日 2014.03.26 CN 103675511 A (21)申请号 201210382636.8 (22)申请日 2012.09.20 G01R 31/00(2006.01) G06Q 50/00(2012.01) (71)申请人西南交通大学地址 610031 四川省成都市二环路北一段 111 号 (72)发明人曹晓斌邓云川林宗良陈纪纲熊万亮 (54) 发明名称评测 AT 方式下复线高架段电气化铁路雷击跳闸率的方法 (57) 摘要本发明公开了一种测量 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸。

2、率的方法，该方法包括：第一步，获取电气化铁路线路参数；第二步，确定接触网不同雷击类型的影响区域，计算单侧雷击类型分界点坐标；第三步，计算复线感应雷击跳闸率；第四步，计算复线绕击跳闸率；第五步，确定复线总跳闸率。该方法计算方便，且解决了 AT 供电方式下电气化铁路雷击跳闸率计算困难的问题。 (51)Int.Cl. 权利要求书 3 页说明书 5 页附图 1 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请权利要求书3页说明书5页附图1页 (10)申请公布号 CN 103675511 A CN 103675511 A 1/3 页 2。

3、 1. 一种划分 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网不同雷击类型的影响区域的方法，其特征在于它包括以下步骤：第一步，获取电气化铁路线路参数，包括高架桥对地高度，承力索、正馈线对高架桥面高度，承力索、正馈线到支柱内侧的距离，复线上下行线路中心距离，绝缘子串的 50冲击放电电压，正馈线半径，雷电日，落雷密度，绝缘子串平均运行电压梯度，支柱接地电阻，支柱等效电感，雷电流波头时间，电晕校正系数，支柱两侧相邻正馈线的电感并联值等；第二步，计算单侧分界点 A、 C 的坐标，计算公式如下：式中： H 为高架桥对地高度 ( 单位： m)。

4、， hg为正馈线对高架桥面高度 ( 单位： m)， hc为承力索对高架桥面高度 ( 单位： m)， a 为承力索到支柱内侧的距离 ( 单位： m)， b 为正馈线到支柱内侧的距离 ( 单位： m)， c 为复线上下行线路中心距离 ( 单位： m)， rc为雷电先导对承力索击距 ( 单位： m)， rg为雷电先导对正馈线击距 ( 单位： m)， re为雷电先导对大地击距 ( 单位： m) ； rc、 rg、 re计算公式如下： rc rg re 10I0.65 式中： I 为雷电流幅值 ( 单位： kA) ；第三步，划分不同雷击类型的影响区间，其中感应雷击区间。

5、为 (- ， xa) 和 (xa， + )，绕击区间为 (xa， xa )。 2. 一种测量 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，其特征在于它包括以下步骤：第一步，基于权利要求 1，获取单侧分界点 A、 C 点的坐标；第二步，按照下式计算复线感应雷击跳闸率：其中：其中：为落雷密度 ( 单位：次 /km2天 )， Td为雷电日 ( 单位：天 / 年 )， f(I) 为雷电流概率密度，为建孤率， L 为感应雷击区间的有效投影长度；计算公式如下： (4.5E0.75-14)10-2 式中： E 为绝缘子串平均运行电压梯度 ( 。

6、单位： kV/m) ；雷电流概率密度 f(I) 计算公式如下：权利要求书 CN 103675511 A 2 2/3 页 3 L 计算公式如下：其中：式中： H 为高架桥对地高度， I 为雷电流幅值， hg为正馈线对高架桥面高度， hc为承力索对高架桥面高度， k0为正馈线与承力索之间的几何耦合系数， U50为绝缘子串的50冲击放电电压 ( 单位： kV) ； k0可按下式计算：式中： d为承力索与正馈线镜像间的距离 ( 单位： m)， d 为承力索与正馈线间的距离 ( 单位： m)， r 为正馈线半径 ( 单位： m) ；计算感应雷击跳闸率公式中的。

7、积分下限 Ie按下式确定：其中：式中：为支柱分流系数， Ri为支柱接地电阻 ( 单位： )， k 为正馈线与承力索之间的耦合系数， Lt支柱等效电感 ( 单位： H)， f为雷电流波头时间 ( 单位： s) ；其中 k k1k0， k1为电晕校正系数，接触网可取 1.15 ；式中： Lg为支柱两侧相邻正馈线的电感并联值 ( 单位： H) ；积分上限 Imax根据线路的重要程度或行业的具体要求取值，也可以按分布概率为 90 或 99时的雷电流幅值进行估算；第三步，按照下式计算复线绕击跳闸率：权利要求书 CN 103675511 A 3 3/3 。

8、页 4 式中积分下限积分上限 Imax取值同上；第四步，按照下式计算接触网复线总雷击跳闸率： n ngy+nc 式中： ngy为复线感应雷击跳闸率， nc为复线绕击跳闸率。 3. 权利要求 1 中单侧分界点 A、 C 坐标计算公式中的击距 rc、 rg、 re可用以下经验公式进行计算：或式中： I 为雷电流幅值 ( 单位： kA)， H 为高架桥对地高度， hc为承力索对高架桥面高度， hg为正馈线对高架桥面高度； a0、 b0、 c0可根据现场实验或模拟线路实验结果进行取值，也可以参照电力系统的经验取以下数值： a0 10， b0 0.65 ；或 a0 0.6。

9、7， b0 0.74， c0 0.6 ；或 a0 1.57， b0 0.69， c0 0.45 ； re可按下式计算： re k2rc 其中 k2为击距系数，计算公式如下： k2 1.066+(hc+H)/216.45 式中： H 为高架桥对地高度， hc为承力索对高架桥面高度；或 k2 22/(h+H)，或 k2 1.94-(h+H)/26，或 k2 1.08-(h+H)/59，或 k2 1.05-(h+H)/87 ；式中： H 为高架桥对地高度， h 为支柱对高架桥面高度 ( 单位： m) ；为简化计算，也可令 rc rg re。 4.权利要求1中感应雷击、。

10、绕击跳闸率计算公式中的雷电流概率密度f(I)还可用以下经验公式进行计算：或或或或式中： I 为雷电流幅值 ( 单位： kA)。权利要求书 CN 103675511 A 4 1/5 页 5 评测 AT 方式下复线高架段电气化铁路雷击跳闸率的方法技术领域 0001 本发明涉及一种测量 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，特别是涉及一种基于电气几何模型计算 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网感应雷击、绕击跳闸率的方法，适用于 AT 供电方式下电气化铁路防雷设计和防雷改造，属于铁路系统过电压领域。背景技术 0002 牵引。

11、供电系统雷击跳闸严重影响了我国电气化铁路的安全稳定运行。为保证列车运行的可靠性，准确计算接触网供电线路的雷击跳闸率，评估其对牵引供电可靠性的影响，常需要确定接触网的雷击跳闸率。目前， AT 供电方式下电气化铁路接触网雷击类型分为感应雷击(雷击大地)、绕击(雷击正馈线、承力索、接触线)两种，以往资料缺乏对AT供电方式下电气化铁路这两种雷击跳闸率进行准确计算的方法，为我国 AT 供电方式下电气化铁路进行有针对性地防雷设计与防雷改造带来了非常大的困难。发明内容 0003 本发明的目的在于提供一种测量 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，使用该。

12、方法可以计算 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网每百公里的年感应雷击与绕击跳闸率。 0004 本发明实现上述目的的技术原理是利用传统电气几何模型分析 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网的感应雷击、绕击情况，其原理如附图 1 所示。复线接触网区段呈对称结构，假设左侧为上行线，右侧为下行线， O 为坐标原点，分别以上行、下行线的承力索、正馈线位置为圆心，以雷电先导对承力索击距 rc、雷电先导对正馈线击距 rg为半径作弧线，再以雷电先导对大地击距 re作平行于大地的直线，分别相交于 A、 B、 C、 A、 B点，其中 H 为高架桥对地高度， h。

13、g为正馈线对高架桥面高度， hc为承力索对高架桥面高度， a 为承力索到支柱内侧的距离， b 为正馈线到支柱内侧的距离， c 为复线上下行线路中心距离。雷电落在 A 点左侧和 A右侧时击中地面，此时接触网高压导线上产生感应过电压，即发生感应雷击；雷电落在 A、 B 两点和 A、 B两点中间时，击中接触网的正馈线，落在 B、 B两点中间时，击中接触网承力索，这都将在接触网上产生绕击过电压，即发生绕击。 0005 通常情况下接触网上下行结构相同，为了简化计算，可以假设 A 点左侧与 A点右侧的感应雷击区间长度完全相等，绕击区间 AB 与 A B、 BC 与 CB分。

14、别相等，此时感应雷击对应的区间长度为 (- ， xa) 区间的 2 倍，绕击对应的区间长度为 (xa， xc) 的 2 倍。因此，上行线路的感应雷击、绕击跳闸率分别等于下行线路的感应雷击、绕击跳闸率，即复线高架的感应雷击、绕击跳闸率分别是单侧线路 ( 上行或下行 ) 感应雷击、绕击跳闸率的 2 倍。 0006 本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤： 0007 第一步，获取电气化铁路线路参数，包括高架桥对地高度，承力索、正馈线对高架桥面高度，承力索、正馈线到支柱内侧的距离，复线上下行线路中心距离，绝缘子串的 50 说明书 CN 1036。

15、75511 A 5 2/5 页 6 冲击放电电压，正馈线半径，雷电日，落雷密度，绝缘子串平均运行电压梯度，支柱接地电阻，支柱等效电感，雷电流波头时间，电晕校正系数，支柱两侧相邻正馈线的电感并联值等。 0008 第二步，确定接触网不同雷击类型的影响区域，计算单侧分界点 A、 C 坐标。 0009 建立如附图 1 所示的坐标系， A 点对应的坐标为 (xa， ya)， C 点对应的坐标为 (xc， yc)， A点对应的坐标为 (xa， ya )。此时感应雷击对应的区间为 (- ， xa) 和 (xa， + )，绕击对应的区间为 (xa， xa )。 0010 根据各点的几。

16、何关系，计算单侧分界点 A、 C 的坐标，各点坐标按以下算式确定： 0011 0012 0013 式中： H 为高架桥对地高度 ( 单位： m)， hg为正馈线对高架桥面高度 ( 单位： m)， hc 为承力索对高架桥面高度 ( 单位： m)， a 为承力索到支柱内侧的距离 ( 单位： m)， b 为正馈线到支柱内侧的距离 ( 单位： m)， c 为复线上下行线路中心距离 ( 单位： m)， rc为雷电先导对承力索击距 ( 单位： m)， rg为雷电先导对正馈线击距 ( 单位： m)， re为雷电先导对大地击距 ( 单位： m)。 0014 rc、 rg可采用以。

17、下经验公式进行计算： 0015 0016 或 0017 式中： I 为雷电流幅值 ( 单位： kA)， H 为高架桥对地高度， hc为承力索对高架桥面高度， hg为正馈线对高架桥面高度。 0018 a0、 b0、 c0可根据现场实验或模拟线路实验结果进行取值，也可以参照电力系统的经验取以下数值： 0019 a0 10， b0 0.65 ；或 a0 0.67， b0 0.74， c0 0.6 ；或 a0 1.57， b0 0.69， c0 0.45。 0020 re可按下式计算： 0021 re k2rc 0022 其中 k2为击距系数，计算公式如下： 0023 k2 1。

18、.066+(hc+H)/216.45 0024 式中： H 为高架桥对地高度， hc为承力索对高架桥面高度。 0025 或 k2 22/(h+H)，或 k2 1.94-(h+H)/26， 0026 或 k2 1.08-(h+H)/59，或 k2 1.05-(h+H)/87。 0027 式中： H 为高架桥对地高度， h 为支柱对高架桥面高度 ( 单位： m)。 0028 为简化计算，也可令 rc rg re。 0029 第三步，计算复线感应雷击跳闸率。说明书 CN 103675511 A 6 3/5 页 7 0030 首先，根据下式计算单侧感应雷击区间 (- ， xa) 。

19、的有效投影长度： 0031 0032 其中： 0033 0034 式中： H 为高架桥对地高度， I 为雷电流幅值， hg为正馈线对高架桥面高度， hc为承力索对高架桥面高度， k0为正馈线与承力索之间的几何耦合系数， U50为绝缘子串的50冲击放电电压 ( 单位： kV)。 0035 k0可按下式计算： 0036 0037 式中： d为承力索与正馈线镜像间的距离(单位： m)， d为承力索与正馈线间的距离 ( 单位： m)， r 为正馈线半径 ( 单位： m)。 0038 然后，按照下式计算单侧感应雷击跳闸率： 0039 0040 则复线感应雷击跳闸率为： 00。

20、41 0042 其中：为落雷密度 ( 单位：次 /km2天 )， Td为雷电日 ( 单位：天 / 年 )， f(I) 为雷电流概率密度，为建孤率。 0043 f(I) 可用以下经验公式进行计算： 0044 0045 或 0046 或 0047 或 0048 或 0049 或说明书 CN 103675511 A 7 4/5 页 8 0050 的计算可按下式进行： 0051 (4.5E0.75-14)10-2 0052 式中： E 为绝缘子串平均运行电压梯度 ( 单位： kV/m)。 0053 计算复线感应雷击跳闸率公式中的积分下限 Ie按下式确定： 0054 0055。

21、其中： 0056 0057 0058 式中：为支柱分流系数， Ri为支柱接地电阻 ( 单位： )， k 为正馈线与承力索之间的耦合系数， Lt支柱等效电感 ( 单位： H)， f为雷电流波头时间 ( 单位： s)。 0059 其中 k k1k0， k1为电晕校正系数，接触网可取 1.15。 0060 0061 式中： Lg为支柱两侧相邻正馈线的电感并联值 ( 单位： H)。 0062 积分上限 Imax根据线路的重要程度或行业的具体要求取值，也可以按分布概率为 90或 99时的雷电流幅值进行估算。 0063 第四步，按照下式计算复线绕击跳闸率： 0064 0065 。

22、式中：为单侧绕击跳闸率。 0066 积分下限 0067 积分上限 Imax取值同上。 0068 第五步，复线接触网的总雷击跳闸率为感应雷击与绕击跳闸率之和，即按照下式计算复线总跳闸率： 0069 n ngy+nc 0070 本发明的技术效果是采用电气几何模型，提出了一种 AT 供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网的感应雷击、绕击跳闸率计算方法，解决了 AT 供电方式下电气化铁路雷击跳闸率计算困难的问题。附图说明说明书 CN 103675511 A 8 5/5 页 9 0071 下面结合附图和实施例进一步说明本发明。 0072 图 1 为复线高架区段接触网电气几何模。

23、型示意图具体实施方式 0073 下面通过实例，结合附图 1，对本发明的技术方案进行进一步说明。 0074 第一步，获取线路参数。某铁路复线高架区段线路，高架桥对地高度 10m，正馈线对高架桥面高度 8m，承力索对高架桥面高度 7.8m，承力索距支柱内侧 3m，正馈线距支柱内侧0.8m，复线上下行线路的中心距离6m，正馈线半径6.25mm，绝缘子U50放电电压270kV，雷电流波头时间2.6s，雷电日40天，绝缘子串平均运行电压梯度20.36kV，支柱接地电阻 10，支柱等效电感 6.72H，支柱两侧相邻正馈线的电感并联值 36.85H，电晕校正系数 1。

24、.15。 0075 计算时令且 a0 10， b0 0.65 ；选取雷电流概率密度为第二步，计算感应雷击、绕击跳闸率积分上限与下限。利用上述公式计算感应雷击积分下限 Ie为： 0076 Ie 39kA 0077 Imax按分布概率为 99时的雷电流幅值进行估算： 0078 Imax 176kA 0079 计算绕击积分上下限 Ic、 Imax为： 0080 Ic 4kA， Imax 176kA 0081 第三步，计算复线感应雷击跳闸率。 0082 利用 A、 C 坐标公式在感应雷击雷电流上下限区间范围 Ie Imax内计算 A、 C 坐标分布，确定单侧感应雷击有效区间，再。

25、利用下式计算复线感应雷击跳闸率： 0083 0084 计算结果为 ngy 0.8981 次 /100km年。 0085 第四步，计算复线绕击跳闸率。 0086 利用 A、 C 坐标公式在绕击雷电流上下限区间范围 Ic Imax内计算 A、 C 坐标分布，确定单侧绕击影响区间，再利用下式计算复线绕击跳闸率： 0087 0088 计算结果为 ng 8.8468 次 /100km年。 0089 第五步，利用下式计算总跳闸率： 0090 n ngy+nc 0091 计算结果为 n 9.7449 次 /100km年。说明书 CN 103675511 A 9 1/1 页 10 图 1 说明书附图 CN 103675511 A 10 。

摘要
申请专利号：	CN201210382636.8	申请日：	2012.09.20
公开号：	CN103675511A	公开日：	2014.03.26
当前法律状态：	授权	有效性：	有权
法律详情：	授权\|\|\|实质审查的生效IPC(主分类):G01R 31/00申请日:20120920\|\|\|公开
IPC分类号：	G01R31/00; G06Q50/00(2012.01)I	主分类号：	G01R31/00
申请人：	西南交通大学
发明人：	曹晓斌; 邓云川; 林宗良; 陈纪纲; 熊万亮
地址：	610031 四川省成都市二环路北一段111号
优先权：
专利代理机构：		代理人：
PDF完整版下载：	PDF下载

内容摘要

本发明公开了一种测量AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，该方法包括：第一步，获取电气化铁路线路参数；第二步，确定接触网不同雷击类型的影响区域，计算单侧雷击类型分界点坐标；第三步，计算复线感应雷击跳闸率；第四步，计算复线绕击跳闸率；第五步，确定复线总跳闸率。该方法计算方便，且解决了AT供电方式下电气化铁路雷击跳闸率计算困难的问题。

权利要求书

权利要求书
1.  一种划分AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网不同雷击类型的影响区域的方法，其特征在于它包括以下步骤：
第一步，获取电气化铁路线路参数，包括高架桥对地高度，承力索、正馈线对高架桥面高度，承力索、正馈线到支柱内侧的距离，复线上下行线路中心距离，绝缘子串的50％冲击放电电压，正馈线半径，雷电日，落雷密度，绝缘子串平均运行电压梯度，支柱接地电阻，支柱等效电感，雷电流波头时间，电晕校正系数，支柱两侧相邻正馈线的电感并联值等；
第二步，计算单侧分界点A、C的坐标，计算公式如下：
xa=-rg2-[re-(hg+H)]2-(a+b)ya=re]]>
xc=c2yc=rc2-c24+hc+H]]>
式中：H为高架桥对地高度(单位：m)，hg为正馈线对高架桥面高度(单位：m)，hc为承力索对高架桥面高度(单位：m)，a为承力索到支柱内侧的距离(单位：m)，b为正馈线到支柱内侧的距离(单位：m)，c为复线上下行线路中心距离(单位：m)，rc为雷电先导对承力索击距(单位：m)，rg为雷电先导对正馈线击距(单位：m)，re为雷电先导对大地击距(单位：m)；
rc、rg、re计算公式如下：
rc＝rg＝re＝10I0.65
式中：I为雷电流幅值(单位：kA)；
第三步，划分不同雷击类型的影响区间，其中感应雷击区间为(-∞，xa)和(xa′，+∞)，绕击区间为(xa，xa′)。

2.  一种测量AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，其特征在于它包括以下步骤：
第一步，基于权利要求1，获取单侧分界点A、C点的坐标；
第二步，按照下式计算复线感应雷击跳闸率：

其中：其中：为落雷密度(单位：次/km2·天)，Td为雷电日(单位：天/年)，f(I)为雷电流概率密度，η为建孤率，ΔL为感应雷击区间的有效投影长度；
η计算公式如下：
η＝(4.5E0.75-14)×10-2
式中：E为绝缘子串平均运行电压梯度(单位：kV/m)；
雷电流概率密度f(I)计算公式如下：
f(I)=0.026×10-I88]]>
ΔL计算公式如下：
ΔL=xa-xe,xe<xa0,xe&GreaterEqual;xa]]>
其中：
xe=I·25(hc+H)(1-k0hg+Hhc+H)U50%]]>
式中：H为高架桥对地高度，I为雷电流幅值，hg为正馈线对高架桥面高度，hc为承力索对高架桥面高度，k0为正馈线与承力索之间的几何耦合系数，U50％为绝缘子串的50％冲击放电电压(单位：kV)；
k0可按下式计算：
k0=lnd′dln2(hg+H)r]]>
式中：d′为承力索与正馈线镜像间的距离(单位：m)，d为承力索与正馈线间的距离(单位：m)，r为正馈线半径(单位：m)；
计算感应雷击跳闸率公式中的积分下限Ie按下式确定：
Ie=U50%|xag|25(hc+H)(1-k0hg+Hhc+H)]]>
其中：
xcg=(10Ig0.65)2-[10Ig0.65-(hc+H)]2-(a+b)]]>
Ig=U50%(1-k)βRi+(hg+Hhc+H-k)βLtτf+(1-hg+Hhc+Hk0)hc+Hτf]]>
式中：β为支柱分流系数，Ri为支柱接地电阻(单位：Ω)，k为正馈线与承力索之间的耦合系数，Lt支柱等效电感(单位：μH)，τf为雷电流波头时间(单位：μs)；
其中k＝k1k0，k1为电晕校正系数，接触网可取1.15；
β=1/(1+LtLg+Riτf2Lg)]]>
式中：Lg为支柱两侧相邻正馈线的电感并联值(单位：μH)；
积分上限Imax根据线路的重要程度或行业的具体要求取值，也可以按分布概率为90％或99％时的雷电流幅值进行估算；
第三步，按照下式计算复线绕击跳闸率：

式中积分下限Ic=U50%100(1-k)]]>积分上限Imax取值同上；
第四步，按照下式计算接触网复线总雷击跳闸率：
n＝ngy+nc
式中：ngy为复线感应雷击跳闸率，nc为复线绕击跳闸率。

3.  权利要求1中单侧分界点A、C坐标计算公式中的击距rc、rg、re可用以下经验公式进行计算：
rc=rg=a0Ib0]]>
或rc=a0Ib0(hc+H)c0,]]>rg=a0Ib0(hg+H)c0]]>
式中：I为雷电流幅值(单位：kA)，H为高架桥对地高度，hc为承力索对高架桥面高度，hg为正馈线对高架桥面高度；
a0、b0、c0可根据现场实验或模拟线路实验结果进行取值，也可以参照电力系统的经验取以下数值：
a0＝10，b0＝0.65；或a0＝0.67，b0＝0.74，c0＝0.6；或a0＝1.57，b0＝0.69，c0＝0.45；
re可按下式计算：
re＝k2rc
其中k2为击距系数，计算公式如下：
k2＝1.066+(hc+H)/216.45
式中：H为高架桥对地高度，hc为承力索对高架桥面高度；
或k2＝22/(h+H)，或k2＝1.94-(h+H)/26，
或k2＝1.08-(h+H)/59，或k2＝1.05-(h+H)/87；
式中：H为高架桥对地高度，h为支柱对高架桥面高度(单位：m)；
为简化计算，也可令rc＝rg＝re。

4.  权利要求1中感应雷击、绕击跳闸率计算公式中的雷电流概率密度f(I)还可用以下经验公式进行计算：
f(I)=0.052×10-I44]]>
或f(I)=2.0252.0×I(2.0-1)[1+(I/25)2.0]2]]>
或f(I)=2.6312.6×I(2.6-1)[1+(I/31)2.6]2]]>
或f(I)=2.7122.7×I(2.7-1)[1+(I/12)2.7]2]]>
或f(I)=2.815.92.8×I(2.8-1)[1+(I/15.9)2.8]2]]>
式中：I为雷电流幅值(单位：kA)。

说明书

说明书评测AT方式下复线高架段电气化铁路雷击跳闸率的方法
技术领域
本发明涉及一种测量AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，特别是涉及一种基于电气几何模型计算AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网感应雷击、绕击跳闸率的方法，适用于AT供电方式下电气化铁路防雷设计和防雷改造，属于铁路系统过电压领域。
背景技术
牵引供电系统雷击跳闸严重影响了我国电气化铁路的安全稳定运行。为保证列车运行的可靠性，准确计算接触网供电线路的雷击跳闸率，评估其对牵引供电可靠性的影响，常需要确定接触网的雷击跳闸率。目前，AT供电方式下电气化铁路接触网雷击类型分为感应雷击(雷击大地)、绕击(雷击正馈线、承力索、接触线)两种，以往资料缺乏对AT供电方式下电气化铁路这两种雷击跳闸率进行准确计算的方法，为我国AT供电方式下电气化铁路进行有针对性地防雷设计与防雷改造带来了非常大的困难。
发明内容
本发明的目的在于提供一种测量AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网雷击跳闸率的方法，使用该方法可以计算AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网每百公里的年感应雷击与绕击跳闸率。
本发明实现上述目的的技术原理是利用传统电气几何模型分析AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网的感应雷击、绕击情况，其原理如附图1所示。复线接触网区段呈对称结构，假设左侧为上行线，右侧为下行线，O为坐标原点，分别以上行、下行线的承力索、正馈线位置为圆心，以雷电先导对承力索击距rc、雷电先导对正馈线击距rg为半径作弧线，再以雷电先导对大地击距re作平行于大地的直线，分别相交于A、B、C、A′、B′点，其中H为高架桥对地高度，hg为正馈线对高架桥面高度，hc为承力索对高架桥面高度，a为承力索到支柱内侧的距离，b为正馈线到支柱内侧的距离，c为复线上下行线路中心距离。雷电落在A 点左侧和A′右侧时击中地面，此时接触网高压导线上产生感应过电压，即发生感应雷击；雷电落在A、B两点和A′、B′两点中间时，击中接触网的正馈线，落在B、B′两点中间时，击中接触网承力索，这都将在接触网上产生绕击过电压，即发生绕击。
通常情况下接触网上下行结构相同，为了简化计算，可以假设A点左侧与A′点右侧的感应雷击区间长度完全相等，绕击区间AB与A′B′、BC与CB′分别相等，此时感应雷击对应的区间长度为(-∞，xa)区间的2倍，绕击对应的区间长度为(xa，xc)的2倍。因此，上行线路的感应雷击、绕击跳闸率分别等于下行线路的感应雷击、绕击跳闸率，即复线高架的感应雷击、绕击跳闸率分别是单侧线路(上行或下行)感应雷击、绕击跳闸率的2倍。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案主要包括以下步骤：
第一步，获取电气化铁路线路参数，包括高架桥对地高度，承力索、正馈线对高架桥面高度，承力索、正馈线到支柱内侧的距离，复线上下行线路中心距离，绝缘子串的50％冲击放电电压，正馈线半径，雷电日，落雷密度，绝缘子串平均运行电压梯度，支柱接地电阻，支柱等效电感，雷电流波头时间，电晕校正系数，支柱两侧相邻正馈线的电感并联值等。
第二步，确定接触网不同雷击类型的影响区域，计算单侧分界点A、C坐标。
建立如附图1所示的坐标系，A点对应的坐标为(xa，ya)，C点对应的坐标为(xc，yc)，A′点对应的坐标为(xa′，ya′)。此时感应雷击对应的区间为(-∞，xa)和(xa′，+∞)，绕击对应的区间为(xa，xa′)。
根据各点的几何关系，计算单侧分界点A、C的坐标，各点坐标按以下算式确定：
xa=-rg2-[re-(hg+H)]2-(a+b)ya=re]]>
xc=c2yc=rc2-c24+hc]]>
式中：H为高架桥对地高度(单位：m)，hg为正馈线对高架桥面高度(单位：m)，hc为承力索对高架桥面高度(单位：m)，a为承力索到支柱内侧的距离(单位：m)，b为正馈线到支柱内侧的距离(单位：m)，c为复线上下行线路中心距离(单位：m)，rc为雷电先导对承力索击距(单位：m)，rg为雷电先导对正馈线击距(单位：m)，re为雷电先导对大地击距(单位：m)。
rc、rg可采用以下经验公式进行计算：
rc=rg=a0Ib0]]>
或rc=a0Ib0(hc+H)c0,]]>rg=a0Ib0(hg+H)c0]]>
式中：I为雷电流幅值(单位：kA)，H为高架桥对地高度，hc为承力索对高架桥面高度，hg为正馈线对高架桥面高度。
a0、b0、c0可根据现场实验或模拟线路实验结果进行取值，也可以参照电力系统的经验取以下数值：
a0＝10，b0＝0.65；或a0＝0.67，b0＝0.74，c0＝0.6；或a0＝1.57，b0＝0.69，c0＝0.45。
re可按下式计算：
re＝k2rc
其中k2为击距系数，计算公式如下：
k2＝1.066+(hc+H)/216.45
式中：H为高架桥对地高度，hc为承力索对高架桥面高度。
或k2＝22/(h+H)，或k2＝1.94-(h+H)/26，
或k2＝1.08-(h+H)/59，或k2＝1.05-(h+H)/87。
式中：H为高架桥对地高度，h为支柱对高架桥面高度(单位：m)。
为简化计算，也可令rc＝rg＝re。
第三步，计算复线感应雷击跳闸率。
首先，根据下式计算单侧感应雷击区间(-∞，xa)的有效投影长度：
ΔL=xa-xe,xe<xa0,xe&GreaterEqual;xa]]>
其中：
xe=I·25(hc+H)(1-k0hg+Hhc+H)U50%]]>
式中：H为高架桥对地高度，I为雷电流幅值，hg为正馈线对高架桥面高度，hc为承力索对高架桥面高度，k0为正馈线与承力索之间的几何耦合系数，U50％为绝缘子串的50％冲击放电电压(单位：kV)。
k0可按下式计算：
k0=lnd′dln2(hg+H)r]]>
式中：d′为承力索与正馈线镜像间的距离(单位：m)，d为承力索与正馈线间的距离(单位：m)，r为正馈线半径(单位：m)。
然后，按照下式计算单侧感应雷击跳闸率：

则复线感应雷击跳闸率为：

其中：为落雷密度(单位：次/km2·天)，Td为雷电日(单位：天/年)，f(I)为雷电流概率密度，η为建孤率。
f(I)可用以下经验公式进行计算： f(I)=0.026×10-I88]]>
或f(I)=0.052×10-I44]]>
或f(I)=2.0252.0×I(2.0-1)[1+(I/25)2.0]2]]>
或f(I)=2.6312.6×I(2.6-1)[1+(I/31)2.6]2]]>
或f(I)=2.7122.7×I(2.7-1)[1+(I/12)2.7]2]]>
或f(I)=2.815.92.8×I(2.8-1)[1+(I/15.9)2.8]2]]>
η的计算可按下式进行：
η＝(4.5E0.75-14)×10-2
式中：E为绝缘子串平均运行电压梯度(单位：kV/m)。
计算复线感应雷击跳闸率公式中的积分下限Ie按下式确定：
Ie=U50%|xag|25(hc+H)(1-k0hg+Hhc+H)]]>
其中：
xag=(10Ig0.65)2-[10Ig0.65-(hg+H)]2-(a+b)]]>
Ig=U50%(1-k)βRi+(hg+Hhc+H-k)βLtτf+(1-hg+Hhc+Hk0)hc+Hτf]]>
式中：β为支柱分流系数，Ri为支柱接地电阻(单位：Ω)，k为正馈线与承力索之间的耦合系数，Lt支柱等效电感(单位：μH)，τf为雷电流波头时间(单位：μs)。
其中k＝k1k0，k1为电晕校正系数，接触网可取1.15。
β=1/(1+LtLg+Riτf2Lg)]]>
式中：Lg为支柱两侧相邻正馈线的电感并联值(单位：μH)。
积分上限Imax根据线路的重要程度或行业的具体要求取值，也可以按分布概率为90％或99％时的雷电流幅值进行估算。
第四步，按照下式计算复线绕击跳闸率：

式中：为单侧绕击跳闸率。
积分下限Ic=U50%100(1-k)]]>
积分上限Imax取值同上。
第五步，复线接触网的总雷击跳闸率为感应雷击与绕击跳闸率之和，即按照下式计算复线总跳闸率：
n＝ngy+nc
本发明的技术效果是采用电气几何模型，提出了一种AT供电方式下电气化铁路复线高架区段接触网的感应雷击、绕击跳闸率计算方法，解决了AT供电方式下电气化铁路雷击跳闸率计算困难的问题。
附图说明
下面结合附图和实施例进一步说明本发明。
图1为复线高架区段接触网电气几何模型示意图
具体实施方式
下面通过实例，结合附图1，对本发明的技术方案进行进一步说明。
第一步，获取线路参数。某铁路复线高架区段线路，高架桥对地高度10m，正馈线对高架桥面高度8m，承力索对高架桥面高度7.8m，承力索距支柱内侧3m，正馈线距支柱内侧0.8m，复线上下行线路的中心距离6m，正馈线半径6.25mm，绝缘子U50％放电电压270kV，雷电流波头时间2.6μs，雷电日40天，绝缘子串平均运行电压梯度20.36kV，支柱接地电阻10Ω，支柱等效电感6.72μH，支柱两侧相邻正馈线的电感并联值36.85μH，电晕校正系数1.15。
计算时令且a0＝10，b0＝0.65；选取雷电流概率密度为 f(I)=0.026×10-I88.]]>第二步，计算感应雷击、绕击跳闸率积分上限与下限。利用上述公式计算感应雷击积分下限Ie为：
Ie＝39kA
Imax按分布概率为99％时的雷电流幅值进行估算：
Imax＝176kA
计算绕击积分上下限Ic、Imax为：
Ic＝4kA，Imax＝176kA
第三步，计算复线感应雷击跳闸率。
利用A、C坐标公式在感应雷击雷电流上下限区间范围Ie～Imax内计算A、C坐标分布，确定单侧感应雷击有效区间，再利用下式计算复线感应雷击跳闸率：

计算结果为ngy＝0.8981次/100km·年。
第四步，计算复线绕击跳闸率。
利用A、C坐标公式在绕击雷电流上下限区间范围Ic～Imax内计算A、C坐标分布，确定单侧绕击影响区间，再利用下式计算复线绕击跳闸率：

计算结果为ng＝8.8468次/100km·年。
第五步，利用下式计算总跳闸率：
n＝ngy+nc
计算结果为n＝9.7449次/100km·年。