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基于BochaoEES動(dòng)態(tài)可視化變電站防雷設(shè)計(jì)

文檔作者：屈亞軍1，陳澤群2 文檔來(lái)源： 1. 陜西省地方電力設(shè)計(jì)有限公司 2.寶雞供電分公司，		更新日期： 2026年05月24日	點(diǎn) 擊數(shù)：
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·25· | 研究成果 | Research Findings 2017 年 10 月
基于BochaoEES 動(dòng)態(tài)可視化變電站防雷設(shè)計(jì)
屈亞軍1，陳澤群2
（1. 陜西省地方電力設(shè)計(jì)有限公司，陜西 西安 710065；2. 寶雞供電分公司，陜西 寶雞 721000）
摘 要：電站防雷設(shè)計(jì)是變電站設(shè)計(jì)中的重要環(huán)節(jié)，一般按規(guī)程要求使用折線法，利用折線法手工計(jì)算確定避雷針位置
及保護(hù)范圍繁瑣且易出錯(cuò)，需要耗費(fèi)大量的時(shí)間和精力。Bochao 電氣計(jì)算軟件EES 防雷計(jì)算模塊，在利用線性插值替代
折線法查表計(jì)算的基礎(chǔ)上，可實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)可視化變電站防雷設(shè)計(jì)，提高了設(shè)計(jì)的質(zhì)量與效率。文章詳述了EES 軟件防雷設(shè)
計(jì)原理，并以陜南一座110kV 變電站防雷設(shè)計(jì)為例予以說(shuō)明。
關(guān)鍵詞：防雷設(shè)計(jì)；折線法；線性插值；動(dòng)態(tài)可視化
中圖分類(lèi)號(hào)：TU856 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2096-2789（2017）10-0025-02
直擊雷防護(hù)的計(jì)算數(shù)學(xué)模型復(fù)雜，計(jì)算繁瑣，不能直
接看到保護(hù)結(jié)果，這些問(wèn)題嚴(yán)重制約了直擊雷防護(hù)程序設(shè)
計(jì)的正確性和效率。計(jì)算機(jī)技術(shù)提供了解決直擊雷防護(hù)
設(shè)計(jì)的手段，為減少電氣設(shè)計(jì)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使其擺
脫繁瑣的計(jì)算，提高電氣設(shè)計(jì)的質(zhì)量和效率成為可能[1-2]。
商業(yè)化防雷電氣計(jì)算軟件有其各自不同的特點(diǎn)和側(cè)重面，
不能使完全使設(shè)計(jì)人員突破防雷設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)模式，不能
很好的滿足設(shè)計(jì)人員的需要[3]。Bochao EES 防雷計(jì)算模
塊的使用，改變了原有設(shè)計(jì)習(xí)慣—利用人工或計(jì)算器計(jì)
算避雷針保護(hù)范圍后，利用CAD 繪制，觀察判斷保護(hù)范
圍是否滿足要求，若不滿足則重新計(jì)算保護(hù)范圍與繪制
CAD 曲線，直至滿足要求為止[4]。文章在折線法的基礎(chǔ)上，
利用EES 防雷計(jì)算模塊，通過(guò)線性插值替代折線法查表
環(huán)節(jié)，動(dòng)態(tài)可視化實(shí)現(xiàn)變電站防雷設(shè)計(jì)。并以陜南一座
110kV 變電站變電站防雷設(shè)計(jì)為例予以說(shuō)明。
1 折線法
折線法[5] 是現(xiàn)行規(guī)程中變電站防雷計(jì)算依據(jù)。EES
防雷計(jì)算模塊也是在此基礎(chǔ)上予以實(shí)現(xiàn)的。不等高雙針
以及多針均是在單針與等高雙針?lè)椒ㄉ嫌?jì)算確定。因此
折線法此處僅介紹單針與等高雙針保護(hù)范圍的計(jì)算過(guò)程。
1.1 單支避雷針的保護(hù)范圍（見(jiàn)圖1）
（1）避雷針在地面上的保護(hù)半徑，應(yīng)按下式計(jì)算：
r＝1.5hP （1）
式中： r 為保護(hù)半徑； h 為避雷針的高度；P 為高度
影響系數(shù)。
圖1 單支避雷針的保護(hù)范圍
（2）在被保護(hù)物高度x h 水平面上的保護(hù)半徑應(yīng)按下
列方法確定：當(dāng)0.5 xh ≥ h時(shí)，滿足下列公式。
（2）
式中： x r 為避雷針在水平面上的保護(hù)半徑； x h 為被保
護(hù)物的高度； a h 為避雷針的有效高度。
當(dāng)0.5 xh < h時(shí)，滿足下列公式。
（3）
（h ≤ 30m時(shí)，θ＝45°）
1.2 兩支等高避雷針的保護(hù)范圍（見(jiàn)圖2）
兩針外側(cè)的保護(hù)范圍應(yīng)按單支避雷針的計(jì)算方法確
定；兩針間的保護(hù)范圍應(yīng)按通過(guò)兩針頂點(diǎn)及保護(hù)范圍上
部邊緣最低點(diǎn)O 的圓弧確定，圓弧的半徑為O R′ 。O 點(diǎn)為
假想避雷針的頂點(diǎn)，其高度應(yīng)按下式計(jì)算：
0 -
7
h h D
P
＝ （4）
式中： 0 h 為兩針間保護(hù)范圍上部邊緣最低點(diǎn)高度；D
為兩避雷針間的距離。
圖2 高度為h 的兩等高避雷針的保護(hù)范圍
圖3 兩等高h(yuǎn) 避雷針間保護(hù)范圍的一側(cè)
最小寬度x b 與/ a D h P的關(guān)系
兩針間x h 水平面上保護(hù)范圍的一側(cè)最小寬度應(yīng)根據(jù)
曲線圖確定（見(jiàn)圖3）。求得x b 后，繪出兩針間的保護(hù)范圍。
（a） / 0 ~ 7 a D h P = （b） / 5 ~ 7 a D h P =
2 EES 可視化防雷實(shí)現(xiàn)
EES 防雷計(jì)算模塊，利用LISP 語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)CAD 嵌入
式開(kāi)發(fā)，在CAD 平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)了防雷設(shè)計(jì)的可視化處理。
在EES 防雷模塊中輸入避雷針高度與保護(hù)范圍參數(shù)的前
提后，在CAD 圖紙上通過(guò)鼠標(biāo)定位避雷針?lè)胖梦恢茫?
CAD 圖紙上生成相應(yīng)避雷針及避雷針保護(hù)范圍。若移動(dòng)
避雷針，保護(hù)范圍輪廓線可隨之移動(dòng)。兩個(gè)避雷針多針保
護(hù)時(shí)，兩個(gè)避雷針之間的聯(lián)合保護(hù)范圍，自動(dòng)在CAD 圖
紙上生產(chǎn)。移動(dòng)其中一個(gè)避雷針時(shí)，兩個(gè)避雷器的聯(lián)合
保護(hù)范圍自動(dòng)在CAD 上變化。
計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)上述過(guò)程時(shí)，需要利用插值手段。EES
防雷模塊通過(guò)線性插值實(shí)現(xiàn)上述方法。以下介紹線性插
值算法計(jì)算聯(lián)合保護(hù)算法原理。首先計(jì)算/ a D h P ；其次根
據(jù)計(jì)算結(jié)果確定/ a D h P 以及10 / x h h位于哪兩個(gè)相鄰整數(shù)之
間，分別令之為：
1
a
X D
h P
=
? ?
? ?
? ? （5）
DOI:10.19537/j.cnki.2096-2789.2017.10.012
2017 年 10 月 Research Findings | 研究成果 | ·26·
Dynamic Visual Substation Lightning Protection Design Based on BochaoEES
Abstract：Substation lightning protection design is an important link of substation design. Procedures require the use of
line method generally. Manually calculating and determining the lightning rod and scope of protection is tedious and errorprone.
Bochao company electrical calculation software EES lightning protection calculation module can realize the dynamic
visualization of the transformer substation lightning protection design by lnear interpolation instead of the line look-up table
method method, improving the design quality and efficiency. This paper details the EES software lightning protection design
principle and makes an 110kV substation lightning protection design in Shannxi province as an example.
Keywords：Lightning protection design;The line method;Lnear interpolation;Dynamic visualization
Qu Yajun1,Chen Zequn2
(1.Shanxi Regional Electric Power Design Co.,Ltd, Shanxi Xi’an 710065;2.Baoji Power Supply Branch, Shanxi Baoji 721000)
2 1
a
X D
h P
? ?
? ? +
? ?
= （6）
1
10 x h
Y
h
=? ?
?? ?? （7）
2
0
1
1 x h
Y
h
? ?+ ?? ??
= （8）
將曲線/ a D h P 為整數(shù)時(shí)對(duì)應(yīng)坐標(biāo)點(diǎn)以表格形式預(yù)存至
計(jì)算機(jī)，此時(shí)曲線對(duì)應(yīng)表，可得：
(X1 , 1 ) ( )
a
Y
D
h P
a f
? ?
= ? ?
? ? （9）
(X2 , 1 ) ( )
a
Y
D
h P
b f
? ?
= ? ?
? ?
（10）
(X1 , 2 ) ( )
a
Y
D
h P
c f
? ?
= ? ?
? ?
（11）
(X2 , 2 ) ( )
a
Y
D
h P
d f
? ?
= ? ?
? ?
（12）
曲線取1 Y 情況下橫向插值，得：
1 1 ( x ) ( )( X ) a
Y
a a
b D b a
h P h P
= ? ? + （13）
1 Y 情況下橫向插值，得：
2 1 ( x ) ( )( X )
Y
a a
b D d c c
h P h P
= ? ? + （14）
縱向插值后：
（15）
（16）
至此雙針聯(lián)合保護(hù)范圍一側(cè)最小寬度確定。
3 工程實(shí)例
此處以陜南一座110kV 變電站防雷計(jì)算為例予以說(shuō)
明該110kV 變電站設(shè)計(jì)在變電站典型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上予以
了調(diào)整。首先利用EES 防雷繪制變電站典型設(shè)計(jì)防雷圖，
根據(jù)典型設(shè)計(jì)圖紙中避雷針高度及被保護(hù)電氣設(shè)備構(gòu)建
高度，利用鼠標(biāo)在CAD 圖紙中將避雷針?lè)胖迷谧冸娬镜?
型設(shè)計(jì)確定的位置上，避雷針保護(hù)范圍自動(dòng)生成。此處
利用110kV 變電站典型設(shè)計(jì)，采用3 根標(biāo)高30m 長(zhǎng)的避
雷針實(shí)現(xiàn)聯(lián)合保護(hù)（見(jiàn)圖4）。由于110kV 水源變電站一
次設(shè)備布置在典型設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上予以了調(diào)整，110kV 門(mén)型
構(gòu)架一角已經(jīng)超出保護(hù)范圍（見(jiàn)圖5）。需要對(duì)避雷針高
度及位置予以調(diào)整。
為了減少一次設(shè)備的調(diào)整，此處將3# 避雷針高度調(diào)
整至35m，向東移動(dòng)0.2m。在EES 防雷模塊中，改變3#
避雷針高度，利用CAD 位移命令即可實(shí)現(xiàn)。移動(dòng)后的防
雷圖（見(jiàn)圖6）可以看出，原有超出保護(hù)范圍的110kV 門(mén)
型構(gòu)建已經(jīng)處于保護(hù)范圍之內(nèi)（見(jiàn)圖7）。
如果采用手工計(jì)算保護(hù)范圍，再利用CAD 繪制變電
站防雷圖，則繁瑣異常，而且不直觀。如果對(duì)防雷計(jì)算
圖4 變電站調(diào)整
前防雷布置圖
圖5 調(diào)整前保護(hù)范
圍與構(gòu)架關(guān)系圖
圖6 變電站調(diào)整
后防雷布置圖
圖7 調(diào)整后保護(hù)范
圍與構(gòu)架關(guān)系圖
不熟悉，往往花費(fèi)更多時(shí)間也不能達(dá)到預(yù)期效果。
4 結(jié)束語(yǔ)
文章在防雷計(jì)算折線法的基礎(chǔ)上，介紹了基于線性
插值的可視化的變電站防雷設(shè)計(jì)原理。并利用EES 防雷
模塊繪制陜南一座110kV 變電站防雷圖。通過(guò)工程案例，
說(shuō)明了EES 可視化防雷設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)手工防雷設(shè)計(jì)相比的
優(yōu)勢(shì)，簡(jiǎn)化了防雷計(jì)算，實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)可視化，提高了人
員效率，提升了工程質(zhì)量。
參考文獻(xiàn)：
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與研究[J]. 工程技術(shù)研究,2016,(8):36+50.
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應(yīng)用[J]. 電網(wǎng)與清潔能源,2014,30(10):32-37.
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可視化分析方案[J]. 電力系統(tǒng)自動(dòng)化,2014,38(5):73-77.
[5] 趙春林. 基于三維全景快速建模的變電站可視化的研究和應(yīng)用
[D]. 山東大學(xué),2013.
作者簡(jiǎn)介：屈亞軍（1987-），男，碩士，研究方向：電氣設(shè)計(jì)、
繼電保護(hù)。

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