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滚球法等效模型确定配网供电分区范围的研究 AUTHOR’S NAME 杨铎1 申永涛2 卜婷婷3 Author’s unit (1.国网黑龙江电力经济技术研究院;2.国网郑州供电公司;3.国网阜阳供电公司) Abstract: 摘要： 本文根据配电网供电特点将配网供电分区规划模型等效电力设计中常用于防雷设计的滚球法几何模型。将电源点等效为雷击点并根据配网规划原则确定其边界范围，根据线路功率损耗计算公式将线路模型等效为滚球法电气几何模型来确定滚球半径；将负荷等效为并；。最终通过算例验证此方法的可行性。 1 引言 图1 滚球法单针保护范围示意图 图2 滚球法多针联合保护范围示意图 其中滚球半径的意义在文献[5]中已有详细描述，在距离雷击点小于滚球半径的空间内，雷电一定会打向接闪带，但在超过半径的区域外则无法保证雷击目标和方向。文献[4]论述了在保护高度由被保护建筑和设备的尺寸高度确定后确定避雷针高度的方法。文献[6][7]详细论述了利用滚球法对建筑物进行防雷保护的计算方法。文献[8]则描述了利用滚球法确定多个避雷针的联合保护范围的原理和方法。从这些文献中可以看出滚球法的科学性合理性及其在防雷设计中所具有的优势。 配网供电时，由配网电源（开闭站、分界室、环网柜等）通过电缆线路输送电力至配网下级负荷电源（配电箱等），其电力输送原理可以等效为雷击放电模型。本文基于滚球法雷击模型构建等效模型，将电源点等效为雷击点，配网负荷中心（或下级配网电源位置）等效为避雷针，最长放电路径等效为滚球半径，配网负荷等效为保护物，从而构建等效滚球法模型进行配网电源的位置和分区选取。最后通过一个算例证明了该方法的可行性。 2 等效雷击点构建 利用滚球法确定供电分区的方法概括地说就是将雷击距计算模型模型滚球法确定避雷针保护范围时首先要确定雷击点位置。根据滚球法模型，电源位置可等效为滚球法中雷击点位置，即滚球球心位置。因此将电源等效为雷击点时也要先确定电源的可选范围。 电缆全覆盖模式下，配网供电区域内的电源多为开闭站或环网柜，开闭站位置选取需考虑周边电缆隧道必要性，因此可选位置应为地理因素允许的区域或供电区域内较重要负荷附近，可以根据具体情况选取符合此类要求的区域作为可选区域，并将距离在最大直线供电范围内的负荷均当做分析对象。从而将电源点等效为雷击点，电源供电行为等效为雷击点放电行为，不具备设置电源条件的区域则等效为雷击无法发生区域，在电源选址时排除此类区域。 等效滚球构建 滚球法电气模型将雷击距进行几何意义描述从而将雷击距转化为滚球半径，并用于保护范围的确定。滚球法模型简化公式： r=10I 0.65 式中0.65是根据建筑物防雷规程，为了将建筑物的防雷等级所需的滚球半径和雷电流幅值进行几何意义上的联系而人为选取的指数。 线路公式： △=0.07U=PmaxL/As (3) L=0.07AsU/Pmax (4) 其中，△为线路，； L为线路长度，m； s为线路截面积，mm2；为，max为线路最大传输功率；U为额定功率，kV；0.07为线路允许的最大有功损耗百分比，即7%。 根据公式(4)可确定线路的最大传输距离，式中Pmax的具体取值要根据线路参数及所在配网系统情况选取。 实际工作中，电缆敷设很难实现直线敷设，因此公式中L并不是电源点距离负荷中心的平面直线距离。但滚球模型是立体模型，滚球半径距离要长于电源点距离负荷中心的平面直线距离，可见只要指数确定时兼顾此问题，滚球半径用来描述电源点距负荷中心的距离是可行的。 图3-1等效滚球法供电半径示意 图中l为电源点A至负荷中心B的平面距离，其长度小于滚球半径hx，需取一定裕度保证l≤L≤hr。 滚球半径公式可改写为： hr= 0.07aAsU/Pmax (5) 其中a为电缆敷设裕度，等效避雷针模型构建 滚球法确定保护范围时，以接闪器先导作为滚球支撑点，在确定滚球半径的情况下，可以保证该雷击距下雷电打向接闪器，从而利用滚球法确定保护范围。本节将负荷中心等效为接闪器（即独立避雷针），根据负荷的大小及重要程度对区域内负荷点进行几何量化，考虑配电箱设置在负荷中心的情况下，将供电范围等效为避雷针的保护范围。即认为当确定电源点时，保证其所在区域内配网下级电源所带负荷皆在保护范围内。 同时，由于滚球法采用立体模型，而滚球半径根据电力线路有功损耗确定，因此根据滚球模型所确定的负荷区域内的线路输送功率在距电源点平面直线距离小于滚球半径时是充足并且有一定盈余的。因此可以延长配网电源输送距离。因此而扩展的区域即可等效为多个避雷针的联合保护范围，即当保证这些负荷中心供电时，所提供的传输功率可以保证二者共同保护范围内其他负荷供电。避雷针构成联合保护避雷针间距在联合保护允许范围内保护高度相同。防雷