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专利号: 2019107144641
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.分层土壤下配网单相接地故障跨步电压风险评估平台的评估方法,其特征在于,包括电源模块(31)、线路模块(32)、跨步电压测试模块(33)、实验箱(17)和数据分析模块(23);

所述电源模块(31)包括工频电源(1)、整流器(2)、逆变器(3)和变压器(4);

所述实验箱(17)包括上端搭载的线路模块(32),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)、C相线路(7)和三相负载(16);三相负载(16)为RLC负载;变压器(4)的三相出线分别连接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)上,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(23);

所述跨步电压测试模块(33)包括第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)、第四层土壤(22)和电压测量机器人(18);第一层土壤(19)、第二层土壤(20)、第三层土壤(21)和第四层土壤(22)分别由不同电阻率的土壤均匀填充,第四层土壤(22)为试验场地所在大地;第一层土壤(19)与断线模拟器(11)的接地导线(103)紧密接触;电压测量机器人(18)为远程操控可移动的真实人体比例模型,内部设有等值电阻用于模拟人体电阻和接触电阻,并分别与两脚相连,同时还具备距离传感器;电压测量机器人(18)位于第一层土壤(19)上,并无线连接到数据分析模块(23),将测量到的跨步电压和测试点与接地导线(103)的距离数据无线传输至数据分析模块(23);

第一步:模拟输电线路单相断线接地故障并进行电压测试:

设定故障电流持续时间ts,通过电流传感器三(106)采集断线入地电流,通过数据分析模块(23)控制电压测量机器人(18)测量不同点的跨步电压,并记录每个电压测试点与接地导线(103)电流注入点的距离;

第二步:由下述式子计算每个测试点跨步电压理论值Uti:

其中:

式(1)中,Uti表示第i个跨步电压测试点的理论计算值,ri为第i个测试点到接地导线(103)入地点的距离,n为测试点总个数,I为所测量得到的入地电流幅值,M和L为系数,J0为第一类零阶贝塞尔函数,Rb为人体电阻,ρ1为第一层土壤(19)的电阻率,S为跨步距离,R0=ρ1/(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、λ为积分变量;式(2)、(3)中,μ1,μ2,μ3为系数,h1,h2,h3分别为第一层土壤(19)、第二层土壤(20)和第三层土壤(21)的深度;式(4)中ρl为第l层土壤的电阻率;

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(5)计算目标函数值:

式中,f(g)表示目标函数,Ufi为第i个测试点的跨步电压测试值;

(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代入以下公式(6),为优化后的理论公式:

式(6)中,Ut为优化后的任意测试点的跨步电压理论计算值,r为土壤区域任意测试点到接地导线(103)电流入地点的距离;

第四步:计算人体能承受的最大跨步电压限值U,并划分危险等级:

式(7)中,ts为故障电流持续时间;

数据分析模块(23)依据(7)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