1.本发明属于变电站侵入波过电压及其防护领域，更具体地，涉及一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法、系统及介质。
背景技术：2.随着经济的快速发展，我国对变电站可靠性和稳定性的要求逐渐提高，变电站设备的绝缘配合需考虑最严苛的情况。
3.目前变电站设备过电压计算方法主要有工程算法和emtp暂态计算方法。其中emtp算法需要研究人员基于atp图像化软件搭建仿真模型，设置各杆塔、避雷器、绝缘子参数来计算设备过电压；而工程算法不需要进行复杂的建模过程，使用相应的经验公式进行计算即可得到设备过电压，适用于对变电站设备过电压的快速评估。
4.高电压等级线路的工作电压与设备绝缘水平可以比拟，故在雷电侵入波过电压的计算中需考虑工作电压的影响，而现有的工程算法在计算设备过电压时，并未考虑工作电压的影响，故使用工程算法得到的设备过电压与实际存在较大差距，以此为依据形成的绝缘配合方案增大了电力系统的风险。
技术实现要素：5.针对现有技术的缺陷和改进需求，本发明提供了一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法、系统及介质，其目的在于，实现对变电站设备雷电侵入波过电压的快速、准确计算。
6.为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法，包括如下步骤：
7.(s1)获取雷击时刻线路的工作电压u0；
8.(s2)计算在工作电压u0的影响下，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
9.(s3)按照u
max
＝2at+u0计算设备过电压最大值u
max
；
10.其中，a为雷电入侵波陡度。
11.进一步地，步骤(s2)包括：
12.计算设备与避雷器之间的临界距离lc；临界距离lc满足：设备反射波到达避雷器时，避雷器电位恰好到达残压值u
ref
；
13.获取设备与避雷器之间的距离l，若l≤lc，则按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；若l》lc，则按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
14.其中，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。
15.进一步地，
16.按照本发明的另一个方面，提供了一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算装置，包括：
17.工作电压采集模块，用于获取雷击时刻线路的工作电压u0；
18.时间计算模块，用于计算在工作电压u0的影响下，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
19.以及过电压计算模块，用于按照u
max
＝2at+u0计算设备过电压最大值u
max
；
20.其中，a为雷电入侵波陡度。
21.进一步地，时间计算模块包括：临界距离计算单元、距离度量单元、第一时间计算单元和第二时间计算单元；
22.临界距离计算单元，用于计算临界距离lc；当设备与避雷器之间的距离为lc时，避雷器两端电压达到残压值u
ref
时，设备产生的反射波恰好到达避雷器所在处；
23.距离度量单元，用于获取设备与避雷器之间的距离l，并在l≤lc，则触发第一时间计算单元，在l》lc时，触发第二时间计算单元；
24.第一时间计算单元，用于按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
25.第二时间计算单元，用于按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
26.其中，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。
27.进一步地，
28.按照本发明的又一个方面，一种计算机可读存储介质，包括存储的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，控制计算机可读存储介质所在设备执行本发明提供的上述考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法。
29.总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案，能够取得以下有益效果：
30.(1)本发明采用工程算法计算设备的雷电入侵波过电压，在计算过程中充分考虑了高电压等级线路的工作电压对于雷电入侵波过电压的影响，更贴合雷击时的实际工况，因此，能够在保证计算的快速性与便捷性的同时，提高变电站设备雷电侵入波过电压计算的准确性。
31.(2)避雷器两端的电压在设备反射波到达避雷器前或后达到残压值时，避雷器和设备两端电压的波形分布不同，本发明引入临界距离，该临界距离满足：设备反射波到达避雷器时，避雷器电位恰好到达残压值；并基于设备与避雷器之间的实际距离与该临界距离之间的关系，确定避雷器和设备两端电压的实际波形分布，并计算相应的设备过电压，由此能够使得所计算的设备过电压与设备与避雷器之间的实际距离相适应，进一步提高设备过电压的准确性，避免长距离下电力系统防雷保护的成本过高。
附图说明
32.图1为本发明实施例提供的雷电侵入波过电压计算的线路结构示意图；
33.图2为本发明实施例提供的设备与避雷器之间的实际距离小于等于临界距离时，避雷器和设备两端电压的波形分布示意图；
34.图3为本发明实施例提供的设备与避雷器之间的实际距离大于临界距离时，避雷器和设备两端电压的波形分布示意图；
35.图4为本发明实施例提供的考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法示意图。
具体实施方式
36.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
37.在本发明中，本发明及附图中的术语“第一”、“第二”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。
38.在详细解释本发明的技术方案之前，先对相关的技术原理进行简要介绍如下：
39.图1所示为雷电侵入波过电压计算的线路结构示意图，其中，雷电入侵波从a点进入变电站，避雷器在b点处，设备在c点处。
40.雷电入侵波从a点进入变电站后，沿线路传播，经过避雷器所在的b时，避雷器的两端的电压开始上升，达到残压值u
ref
后维持不变；雷电入侵波经过b点后继续向前传播，传播至c点后，被设备反射所形成的反射波向避雷器传播。
41.由于高电压等级线路的工作电压与设备绝缘水平可以比拟，故会对雷电侵入波过电压产生影响；将雷电入侵时刻，线路的工作电压记为u0，则在雷电入侵时刻，避雷器和设备两端的电压初始值均为u0。
42.设备与避雷器之间的距离较近时，避雷器两端的电压会在c点反射波到达b点之后达到残压值u
ref
，这种情况下，避雷器和设备的两端电压的波形分布如图2所示；其中，在2l/v时刻，c点反射波到达b点，在t2时刻，避雷器两端电压达到残压值u
ref
；在c点反射波到达b点前，b点电位以陡度a上升，在c点反射波达到b点后，b点电位以陡度2a上升至t2时刻达到u
ref
；
43.设备与避雷器之间的距离较远时，避雷器两端的电压会在c点反射波到达b点之前达到残压值u
ref
，这种情况下，避雷器和设备的两端电压的波形分布如图3所示；其中，在2l/v时刻，c点反射波到达b点，在t1时刻，避雷器两端电压达到残压值u
ref
；在雷电入侵波到达b点后，b点电位以陡度a上升至t1时刻达到u
ref
。
44.对比图2和图3可知，雷击时刻，线路的工作电压会对避雷器和设备的两端电压产生影响，并且设备与避雷器之间的距离不同，会导致避雷器和设备的两端电压的波形分布。
45.现有的工程算法在计算雷电侵入波过电压时，所采用的计算公式为u
max
＝u
ref
+2al/v，式中u
max
为过设备电压最大值，u
ref
为避雷器残压值，a为雷电侵入波陡度，l为避雷器与设备间的电气距离，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。基于该公式计算的设备过电压并没有考虑雷击时刻线路的工作电压的影响，因此，所计算的设备过电压准确性较低；此外
该公式仅适用于电气距离l较小时的情况，当l较大时，按该公式计算的设备过电压最大值往往偏大，相应地，对电力系统防雷保护提出了更为严苛的要求，提高了电力系统防雷保护的成本。
46.为了解决上述技术问题，实现对变电站设备雷电侵入波过电压的快速、准确计算，本发明提供了一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法、系统及介质，其整体思路在于：采用工程算法计算设备的雷电入侵波过电压的同时，考虑了高电压等级线路的工作电压对于雷电入侵波过电压的影响，以贴合雷击时的实际工况，在保证计算的快速性与便捷性的同时，提高变电站设备雷电侵入波过电压计算的准确性；在此基础上，在不同的距离下，按照不同的波形分布计算设备过电压，进一步提高设备过电压的准确性，降低电力系统防雷保护的成本。
47.以下为实施例。
48.实施例1：
49.一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法，如图4所示，包括如下步骤：
50.(s1)获取雷击时刻线路的工作电压u0；
51.在实际应用中，雷击时刻线路的工作电压u0可采用互感器等获取；
52.(s2)计算在工作电压u0的影响下，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
53.本实施例中，在设备与避雷器间的距离不同时，根据不同的电压波形分布计算设备过电压，相应地，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t的计算方式不同；具体地，本实施例中，步骤(s2)具体包括：
54.计算设备与避雷器之间的临界距离lc；临界距离lc满足：设备反射波到达避雷器时，避雷器电位恰好到达残压值u
ref
；
55.获取设备与避雷器之间的距离l，若l≤lc，说明设备与避雷器之间的距离较近，避雷器两端的电压会在c点反射波到达b点之后达到残压值u
ref
，则按照图2所示的电压波形计算时间t，即按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
56.若l》lc，说明设备与避雷器之间的距离较远，避雷器两端的电压会在c点反射波到达b点之前达到残压值u
ref
，则按照图3所示的电压波形计算时间t，即按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
57.(s3)按照u
max
＝2at+u0计算设备过电压最大值u
max
；
58.当l≤lc时，将t的计算表达式代入，可得
59.当l》lc时，将t的计算表达式代入，可得u
max
＝2u
ref-u0；
60.其中，a为雷电入侵波陡度，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。
61.实施例2：
62.一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算装置，包括：
63.工作电压采集模块，用于获取雷击时刻线路的工作电压u0；
64.时间计算模块，用于计算在工作电压u0的影响下，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
65.以及过电压计算模块，用于按照u
max
＝2at+u0计算设备过电压最大值u
max
；
66.其中，a为雷电入侵波陡度；
67.本实施例中，时间计算模块包括：临界距离计算单元、距离度量单元、第一时间计算单元和第二时间计算单元；
68.临界距离计算单元，用于计算临界距离lc；当设备与避雷器之间的距离为lc时，避雷器两端电压达到残压值u
ref
时，设备产生的反射波恰好到达避雷器所在处；本实施例中，
69.距离度量单元，用于获取设备与避雷器之间的距离l，并在l≤lc，则触发第一时间计算单元，在l》lc时，触发第二时间计算单元；
70.第一时间计算单元，用于按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
71.第二时间计算单元，用于按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；
72.其中，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。
73.本实施例中，各模块的具体实施方式，可参考上述实施例1中的描述，在此将不做复述。
74.实施例3：
75.一种计算机可读存储介质，包括存储的计算机程序，计算机程序被处理器执行时，控制计算机可读存储介质所在设备执行上述实施例1提供的考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法。
76.本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：1.一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法，其特征在于，包括如下步骤：(s1)获取雷击时刻线路的工作电压u0；(s2)计算在所述工作电压u0的影响下，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；(s3)按照u
max
＝2at+u0计算设备过电压最大值u
max
；其中，a为雷电入侵波陡度。2.如权利要求1所述的考虑工作电压的雷电入侵波过电压计算方法，其特征在于，所述步骤(s2)包括：计算设备与避雷器之间的临界距离l
c
；临界距离l
c
满足：设备反射波到达避雷器时，避雷器电位恰好到达残压值u
ref
；获取设备与所述避雷器之间的距离l，若l≤l
c
，则按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；若l>l
c
，则按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；其中，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。3.如权利要求2所述的考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法，其特征在于，4.一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算装置，其特征在于，包括：工作电压采集模块，用于获取雷击时刻线路的工作电压u0；时间计算模块，用于计算在所述工作电压u0的影响下，避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；以及过电压计算模块，用于按照u
max
＝2at+u0计算设备过电压最大值u
max
；其中，a为雷电入侵波陡度。5.如权利要求4所述的考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算装置，其特征在于，所述时间计算模块包括：临界距离计算单元、距离度量单元、第一时间计算单元和第二时间计算单元；所述临界距离计算单元，用于计算临界距离l
c
；当设备与所述避雷器之间的距离为l
c
时，避雷器两端电压达到残压值u
ref
时，设备产生的反射波恰好到达所述避雷器所在处；所述距离度量单元，用于获取设备与所述避雷器之间的距离l，并在l≤l
c
，则触发所述第一时间计算单元，在l>l
c
时，触发所述第二时间计算单元；所述第一时间计算单元，用于按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；所述第二时间计算单元，用于按照计算避雷器两端电压达到残压值u
ref
所需的时间t；其中，v为雷电入侵波在线路上的传播速度。
6.如权利要求5所述的雷电侵入波过电压计算装置，其特征在于，7.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括存储的计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1～3任一项所述的考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法。
技术总结本发明公开了一种考虑工作电压的雷电侵入波过电压计算方法、系统及介质，属于变电站侵入波过电压及其防护领域，包括：(S1)获取雷击时刻线路的工作电压U0；(S2)计算在所述工作电压U0的影响下，避雷器两端电压达到残压值U
技术研发人员：李化 罗喻扬 林福昌 江宇栋 余煜辉
受保护的技术使用者：华中科技大学
技术研发日：2022.06.07
技术公布日：2022/11/1
