一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法及系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115879328A(43)申请公布日2023.03.31(21)申请号202310170005.8G06F111/10(2020.01)(22)申请日2023.02.27(71)申请人西安热工研究院有限公司地址710048陕西省西安市碑林区兴庆路136号申请人西安交通大学华能集团技术创新中心有限公司(72)发明人郭俊王邦勇杨天翼曾卫东田爽高海东肖勇(74)专利代理机构西安通大专利代理有限责任公司61200专利代理师贺小停(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F111/08(2020.01)权利要求书5页说明书10页附图3页(54)发明名称一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法及系统(57)摘要本发明公开了一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法及系统，确定单根避雷针的引雷空间，引雷空间的外轮廓为受雷曲面；将受雷曲面沿先导入射方向向地面进行投影，求取避雷针的等效暴露面积；结合避雷针架设地区的地形、历史雷电活动情况以及等效暴露面积，计算避雷针的年雷击次数，并将引雷风险量化为架设避雷针后的年雷击次数与架设避雷针前此区域年雷击次数之比；将被保护物视为一维杆体，运用引雷空间理论，将避雷针的拦截概率定义为避雷针与被保护物的暴露弧弧长之比，结合雷击距离的概率分布，求解全部雷击距离下的避雷针拦截概率；将两次雷击视为独立重复事件，则避雷针与被保护物所构成系统的综合防护概率为幂的形式。CN115879328ACN115879328A权利要求书1/5页1.一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法，其特征在于，包括：步骤一：结合先导发展模型和电气几何模型，根据近地下行先导与上行先导的速度比、避雷针高度以及雷击距离确定单根避雷针的引雷空间，所述引雷空间的外轮廓为受雷曲面，受雷曲面的顶面为球面，底面为旋转抛物面；步骤二：考虑雷击距离的概率分布和雷电先导入射角的概率分布，将受雷曲面沿先导入射方向向地面进行投影，求取避雷针的等效暴露面积；步骤三：结合避雷针架设地区的地形、历史雷电活动情况以及步骤二求取的等效暴露面积，计算避雷针的年雷击次数，并将引雷风险量化为架设避雷针后的年雷击次数与架设避雷针前此区域年雷击次数之比；步骤四：将被保护物视为一维杆体，运用引雷空间理论，将避雷针的拦截概率定义为避雷针与被保护物的暴露弧弧长之比，结合雷击距离的概率分布，求解全部雷击距离下的避雷针拦截概率；步骤五：将两次雷击视为独立重复事件，则避雷针与被保护物所构成系统的综合防护概率为幂的形式，所述幂的形式的底数为全部雷击距离下的避雷针拦截概率，指数为引雷风险。2.根据权利要求1所述的一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法，其特征在于，步骤二中求取避雷针的等效暴露面积，具体为：1）计算雷击距离的概率分布，表示为：其中，Rs为雷击距离，I为雷电流幅值，为常数，η和I0为待求参数；2）计算雷电先导入射角，雷电先导入射角α的概率分布表示为：3）将底面为旋转抛物面，顶面为球面的受雷曲面表面划分为曲面微元，沿先导入射方向向地面投影，并基于式（1）和式（2），在全部雷击距离和全部雷电先导入射角上进行积分，得到避雷针的等效暴露面积。3.根据权利要求2所述的一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法，其特征在于，所述避雷针的等效暴露面积计算公式如下：其中，Rsmin为最小雷击距离；Rsmax为最大雷击距离；Aeq1为雷击距离大于等于避雷针针高时的避雷针等效暴露面积，表示为：2CN115879328A权利要求书2/5页其中，为受雷曲面边界与竖直方向的最大夹角；Aeq2为雷击距离小于避雷针针高时的避雷针等效暴露面积，表示为：其中，为避雷针针高。4.根据权利要求1所述的一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法，其特征在于，步骤三中避雷针的年雷击次数计算公式如下：其中，k为地形影响因子；Ng为所处地区雷击大地的年平均密度；Ae为避雷针的等效暴露面积。5.根据权利要求1所述的一种避雷针屏蔽性能的高效评估方法，其特征在于，步骤四中求解全部雷击距离下的避雷针拦截概率具体为：对避雷针与被保护物所构成系统按雷击距离的不同划分若干种临界状态，分段积分表征避雷针对被保护物的保护概率；首先根据雷电先导的能量不同，确定雷击距离的临界值分别为、、，其中为被保护物顶端至避雷针引雷空间边界的距离，为避雷针顶端至引雷空间边界的水平距离，为避雷针顶端至避雷针与被保护物引雷空间边界交点的距离；当雷击距离时，入射先导存在侧击避雷针的可能；当雷击距离时，杆体不存在暴露弧，相应地对于击距在以上的入射先导，均会被避雷针有效拦截，被保护物不会受到雷击风险；当雷击距离时，避雷针的暴露弧与被保护物暴露弧无重合部分，避雷针对被保护物的防护概率为零；确定以上击距分界值后，避雷针在雷击距离为Rs的情况下对被保护