1.雷击输电线路单相接地故障的风险评估实验平台,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(19)和数据分析模块(20);
所述电源模块(31)为冲击电压源(2);
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)、C相线路(7)和三相负载(16);三相负载(16)为RLC负载;冲击电压源(2)的出线连接到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)以及无线收发装置(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,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)位于模拟地面(17)上,并无线连接到数据分析模块(20)。
2.如权利要求1所述雷击输电线路单相接地故障的风险评估实验平台的实验方法,其特征在于,包括以下步骤:第一步、设定故障电流持续时间,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(20)控制电压测量机器人(18)测量不同点跨步电压,并记录每个电压测试点与电流注入点距离;
第二步、由下式计算每个测试点跨步电压理论值Uti:
ωk=2πkf,k=0,1,2,3,...,271 (1)
式(1)中,ωk表示第k个角频率,f为基波频率;式(2)中,φk为第k个相位,α为波前衰减系数,β为波尾衰减系数;式(3)中,Uti表示第i个跨步电压测试点的理论计算值,n为电压测试点总个数,B为波形矫正系数,I为实际所测得的入地雷电流幅值,Rb为人体电阻,ρ为实验箱中土壤电阻率,ri为第i个电压测试点到电流注入点的距离,S为跨步距离,R0=ρ/(4b)为接触电阻,b为等效接地半径,η为积分变量,g为计及接触电阻的高斯误差系数;
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)计算群体最优位置:
式中,Ufi为第i个测试点的跨步电压实测值,f为均方根误差函数;
(3)更新每个粒子的速度和位置;
(4)计算每个粒子位置的误差函数值,同时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;
(5)若满足停止条件,则停止搜索,输出搜索结果;否则返回第(3)步;
(6)根据优化得出最优值g0代入公式(3),优化后的理论公式为:
式(5)中,r为土壤区域任意位置到接地导线(103)入地点距离,Ut为优化后土壤区域任意位置的跨步电压理论值;
第四步、计算人体承受的最大跨步电压限值,并划分危险区域:
式中,ts为故障电流持续时间,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,依据规则进行危险区域划分:当Ut