1.雷击配网线路断线短接杆塔的跨步电压测评装置,其特征在于,包括冲击电压源(2)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(19)和数据分析模块(20);
所述实验箱(19)包括上端搭载的线路模块(32)和下端搭载的跨步电压测试模块(33);
所述线路模块(32)包括A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7);三相负载(16)为RLC负载;冲击电压源(2)的输出端连接到A相线路(5)、B相线路(6)和C相线路(7)的输入端;A相线路(5)包括依次连接的线路电阻一(8)、线路电阻四(12)和负载变压器(15)的A相变压单元,A相变压单元输出端连接到三相负载(16);B相线路(6)包括依次连接的线路电阻二(9)、线路电阻五(13)和负载变压器(15)的B相变压单元,B相变压单元的输出端也连接到三相负载(16);C相线路(7)包括线路电阻三(10)、线路电阻六(14)和负载变压器(15)的C相变压单元,线路电阻三(10)的输入端为C相线路(7)的输入端,线路电阻三(10)的输出端连接到断线模拟器(11)的输入导线(101),断线模拟器(11)的输出导线(102)连接到线路电阻六(14)的输入端,线路电阻六(14)的输出端连接到C相变压单元的输入端,C相变压单元的输出端也连接到三相负载(16);
所述断线模拟器(11)包括电流传感器一(104)、电流传感器二(105)、电流传感器三(106)、高压开关一(107)、高压开关二(108)、高压开关三(109)、电流采集装置(113)、开关动作判断装置(114)、中央处理器(115)和无线收发装置(116);断线模拟器(11)的输入导线(101)、输出导线(102)和接地导线(103)分别连接到高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输入端,高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)的输出端相互连接;电流传感器一(104)、电流传感器二(105)和电流传感器三(106)分别套装在断线模拟器(11)的输入导线(101)、输出导线(102)和接地导线(103),其输出端均连接到电流采集装置(113);高压开关一(107)、高压开关二(108)和高压开关三(109)还分别装有控制其开关闭合或断开的继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112),继电器一(110)、继电器二(111)和继电器三(112)均连接到开关动作判断装置(114);电流采集装置(113)和开关动作判断装置(114)连接到中央处理器(115),中央处理器(115)通过无线收发装置(116)连接到数据分析模块(20);
所述跨步电压测试模块(33)包括杆塔(150)、实验地网(151)、模拟地面(17)和电压测量机器人(18);模拟地面(17)由均匀布置的土壤填充;断线模拟器(11)的接地导线(103)连接到杆塔(150),杆塔(150)下方连接实验地网(151);实验地网(151)为正方形,水平埋在模拟地面(17)下方,并连接到杆塔(150)的塔脚;从实验地网(151)的任一端部开始,每隔一个距离套装一个电流传感器四(152),并将套装电流传感器四(152)的位置作为电流测试点;
电压测量机器人(18)位于在模拟地面(17)上,并无线连接到数据分析模块(20)。
2.如权利要求1所述的雷击配网线路断线短接杆塔的跨步电压测评装置的测评方法,其特征在于,包括以下步骤:
第一步、模拟雷击配网线路断线短接杆塔故障,并设定故障电流持续时间ts;通过电流传感器四(152)采集实验地网(151)电流测试点的电流;通过数据分析模块(20)控制电压测量机器人(18)测量不同电压测试点的跨步电压与每个电压测试点到实验地网(151)中任意两个相邻电流测试点的中点的距离rik,当k取1,2,3,n-1时,rik表示第i个电压测试点到实验地网(151)中第k个电流测试点与相邻的第k+1个测试点的中点的距离,当k取n时,rik表示第i个电压测试点到实验地网(151)中第n个电流测试点与相邻的第1个测试点的中点的距离,将所有电压测试点跨步电压与rik无线传输至数据分析模块(20);记录实验地网(151)中,所有电流测试点的电流波形;
第二步、由下式联立计算每个测试点跨步电压理论值:
ωl=2πlf,l=0,1,2,3,...,271 (1)
式(1)中,ωl表示第l个角频率,f为基波频率;式(2)中,φl为第l个相位,α为波前衰减系数,β为波尾衰减系数;式(3)中,B为波形矫正系数,Uti(g)表示第i个电压测试点的跨步电压理论计算值;Ik为第k个电流测试点与相邻的第k+1个测试点测得的电流幅值差的绝对值,k=1,2,3,…,n-1;In为第n个电流测试点与第1个测试点测得的电流幅值差的绝对值;n为电流测试点个数,m为电压测试点个数,Rb为人体电阻,ρ为实验箱中土壤电阻率,S为跨步距离,R0=ρ/(4b)为接触电阻,b为等效接地半径,g为计及接触电阻的高斯误差系数,η为积分变量;
第三步、采用粒子群优化算法对跨步电压公式进行建模,计算出使跨步电压实测值与理论值误差最小的g值,步骤如下:
1)生成具有均匀分布的粒子和速度的初始总体,设置停止条件;
2)按照式(4)计算每个粒子位置的目标函数值:
式中,f(g)表示目标函数,Ufi表示第i个电压测试点的跨步电压测量值;
3)更新每个粒子的个体历史最优位置与整个群体的最优位置;
4)更新每个粒子的速度和位置;
5)若满足停止条件,则停止搜索,输出搜索结果;否则返回第2)步;
6)根据优化得出最优值g0代入以下式(5),为优化后的理论公式:
式(5)中,Ut表示优化后跨步电压的理论计算值;当k取1,2,3,n-1时,rk表示模拟地面(17)的任意位置到实验地网(151)中第k个电流测试点与相邻的第k+1个电流测试点的中点的距离,当k取n时,rk表示模拟地面(17)的任意位置到实验地网(151)中第n个电流测试点与相邻的第1个测试点的中点的距离;g0为最优值;
第四步、根据故障电流持续时间ts计算人体能承受的最大跨步电压限值U,并划分危险等级:
数据分析模块(20)依据(6)式计算人体能承受的最大跨步电压限值U,依据规则进行危险等级划分:当Ut