1.本发明涉及避雷器过电压在线监测技术领域，尤其涉及一种基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法。
背景技术：2.避雷器是电力系统进行过电压防治的主要设备，在高电压工程中，避雷器分布在场站的不同位置，随着实践的深入，其布点方式日益成熟，能够对过电压所波及到的主要设备进行有效保护。现有避雷器监测装置可以实现对正常运行下的泄漏电流进行监测，也可以对过电压作用时刻进行记录，但研究者尚未开展对避雷器冲击电流幅值及波形的记录研究，错过了通过避雷器冲击电流这一信息量丰富的状态量开展数据挖掘的尝试。
技术实现要素：3.本发明的目的是一种基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，通过避雷器尾端电流监测反推避雷器首端电压幅值和波形，为开展过电压幅值及类别的智能识别提供技术支撑。
4.本发明提供了一种基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，包括如下步骤：
5.步骤1，建立三相运行避雷器缩比试验模型，通过实施缩比试验，将典型雷电波形施加于避雷器首端，同时测量对应的避雷器首端电压与避雷器尾端电流波形，建立首端电压及其对应尾端电流波形样本库；
6.步骤2，建立避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型，将缩比试验所用的首端冲击电压作为激励，输入至避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型之中，得到与之对应的避雷器尾端电流数据，对不同情况下避雷器尾端电流的对应首端电压进行计算，建立避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库；
7.步骤3，采用快速傅里叶变换法，对采集到的避雷器尾端电流i(t)波形进行时域到频域的变换，得到其不同频率的冲击电流ii(t)；通过避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库获取设定频率电流i(k)下的电压波形u(k)，将不同频率电流及其对应的电压波形u(k)进行合成，得到采集的避雷器尾端电流对应的首端电压u(t)。
8.进一步地，步骤2中避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型的建立方法包括：
9.基于有限元场分析方法得到避雷器缩比试验中电位分布参数、相关金属部件及电容分布计算结果，将计算结果作为参数建立避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型。
10.进一步地，所述步骤3还包括：
11.通过最终得到的首端电压波形u(t)，得到其电压波形波头时间、波尾时间、幅值，并基于缩比试验模型所得的首端电压及其对应尾端电流波形样本库，采用智能识别算法，对避雷器首端电压类型进行智能识别。
12.借由上述方案，通过基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，能够有效反映避雷器动作过电压情况，进而对电力系统电磁暂态过程进行精确分析，对过电压过程分析
及智能识别提供了有力的技术支撑。
13.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。
附图说明
14.图1是本发明整体流程示意图。
15.图2是本发明避雷器安装方式示意图。
16.图3是本发明避雷器尾端电流监测电磁暂态路仿真模型图。
17.图4是本发明实验、仿真结果对比图。
18.其中：(a)实验所测尾端电流波形；(b)实验所测冲击发生器示波器波形图；(c)仿真所得电压电流波形图。
具体实施方式
19.下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
20.本实施例提供了一种避雷器过电压过程精确分析的方法，该方法通过有限元分析方法及atp-emtp仿真模型的构建，充分利用避雷器尾端电流监测数据，分析避雷器首端过电压幅值及波形，从而对避雷器过电压过程进行反演，挖掘了避雷器冲击电流这一信息量丰富的状态量。整体流程如图1所示，包括：。
21.1.建立三相运行避雷器缩比试验模型
22.采用35kv避雷器建立三相运行的避雷器缩比试验模型，通过实施缩比试验，试验中避雷器安装方式如图2。在导线上接入冲击电压发生器，调整冲击电压发生器参数，将典型雷电波形施加于避雷器首端(高压端)，同时测量对应的避雷器首端电压与避雷器尾端(接地端)电流波形，从而建立首端电压及其对应尾端电流波形样本库。
23.2.建立缩比试验电磁暂态分布参数仿真模型
24.根据现场布置方式在有限元分析软件中建立避雷器电场及磁场建立模型，避雷器相关材料的属性如表1。
25.表1避雷器相关材料属性
26.材料名称相对介电常数电阻率(ω
·
m)空气110
10
复合外套5.110
10
环氧树脂4.210
10
氧化锌电阻片800106铝垫片55002.83
×
10-8
金属法兰及螺栓50009.78
×
10-8
27.通过有限元场分析方法，得到避雷器缩比试验中电位分布参数、相关金属部件及电容分布计算结果。由于随着距离增加，金属部件之间的电感下降，为了简化起见，不考虑较远金属部件之间的电感，通过场计算便可得到单只避雷器的电感为93μh。将有限元场计算结果作为参数，在电磁暂态仿真软件atp-emtp中建立避雷器缩比试验电磁暂态仿真模
型，如图3。
28.将缩比试验所用的首端冲击电压作为激励，输入至缩比试验电磁暂态仿真模型之中，便可得到与之对应的避雷器尾端电流数据。
29.将仿真计算结果数据与实验测试结果相对比，发现其具备较好的一致性，如图4。这表明，可以通过建立与实际运行情况一致的缩比试验电磁暂态仿真模型，对不同情况下避雷器尾端电流的对应首端电压进行计算，从而建立起避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库，为避雷器尾端电流监测对首端过电压反演提供数据支撑。
30.3.避雷器尾端电流反演过电压
31.采用快速傅里叶变换法，对采集到的避雷器尾端电流i(t)波形进行时域到频域的变换，得到其不同频率的冲击电流ii(t)。
32.通过避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库获取特定频率电流i(k)下的电压波形u(k)，将不同频率电流及其对应的电压波形u(k)进行合成，便可得到采集的避雷器尾端电流对应的首端电压u(t)。
33.可通过最终得到的首端电压波形u(t)，得到其电压波形波头时间、波尾时间、幅值等关键参数，并基于缩比试验模型所得的首端电压及其对应尾端电流波形样本库，采用智能识别算法，对避雷器首端电压类型进行智能识别，为避雷器过电压分析及智能识别提供理论支撑。
34.本发明通过实施避雷器缩比试验，建立了典型首端电压及其对应尾端电流样本库；通过有限元场分析方法，得到了避雷器缩比试验各分布参数，并基于分布参数，通过电磁暂态分析软件，建立了避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型，通过仿真建立了首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库；基于快速傅里叶变换法，有效实现了基于避雷器尾端电流监测对首端电压的智能反演。能够有效反映避雷器动作过电压情况，进而对电力系统电磁暂态过程进行精确分析，对过电压过程分析及智能识别提供了有力的技术支撑。
35.以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。
技术特征：1.一种基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1，建立三相运行避雷器缩比试验模型，通过实施缩比试验，将典型雷电波形施加于避雷器首端，同时测量对应的避雷器首端电压与避雷器尾端电流波形，建立首端电压及其对应尾端电流波形样本库；步骤2，建立避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型，将缩比试验所用的首端冲击电压作为激励，输入至避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型之中，得到与之对应的避雷器尾端电流数据，对不同情况下避雷器尾端电流的对应首端电压进行计算，建立避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库；步骤3，采用快速傅里叶变换法，对采集到的避雷器尾端电流i(t)波形进行时域到频域的变换，得到其不同频率的冲击电流i
i
(t)；通过避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库获取设定频率电流i(k)下的电压波形u(k)，将不同频率电流及其对应的电压波形u(k)进行合成，得到采集的避雷器尾端电流对应的首端电压u(t)。2.根据权利要求1所述的基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，其特征在于，步骤2中避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型的建立方法包括：基于有限元场分析方法得到避雷器缩比试验中电位分布参数、相关金属部件及电容分布计算结果，将计算结果作为参数建立避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型。3.根据权利要求1所述的基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，其特征在于，所述步骤3还包括：通过最终得到的首端电压波形u(t)，得到其电压波形波头时间、波尾时间、幅值，并基于缩比试验模型所得的首端电压及其对应尾端电流波形样本库，采用智能识别算法，对避雷器首端电压类型进行智能识别。
技术总结本发明涉及种基于避雷器尾端电流监测的过电压反演方法，包括：步骤1，建立三相运行避雷器缩比试验模型及首端电压及其对应尾端电流波形样本库；步骤2，建立避雷器缩比试验电磁暂态仿真模型及避雷器首端电压频率-首端电压幅值-尾端电流波形的对应关系库；步骤3，采用快速傅里叶变换法，得到其不同频率的冲击电流I
技术研发人员：刘守豹 胡思宇 熊中浩 李宜 宋佳骏 张春辉
受保护的技术使用者：大唐水电科学技术研究院有限公司 中国长江电力股份有限公司技术研究中心
技术研发日：2022.05.10
技术公布日：2022/11/1
