EGM - 输电线路绕击跳闸率计算程序

基于电气几何模型（Electro-Geometric Model, EGM）的架空输电线路雷电防护性能计算工具，用于评估输电线路的绕击跳闸率。

功能特点

• 支持单回和双回输电线路的绕击跳闸率计算
• 考虑工作电压对雷电击距的影响
• 支持地面倾角参数
• 支持自定义地闪密度和雷电流概率密度曲线
• 支持交流/直流线路计算
• 输出CAD图形（DXF格式）可视化击距模型
• 提供动画演示模式（可选项）
• 提供图形化界面（pywebview），支持可视化参数配置和计算

安装

环境要求

• Python >= 3.12
• Node.js >= 18（图形界面开发需要）

安装依赖

# 使用 uv（推荐）
uv sync

# 或使用 pip
pip install -r requirements.txt

依赖包

• ezdxf - DXF文件生成
• loguru - 日志记录
• numpy - 数值计算
• tomli - TOML配置文件解析
• pywebview - 图形界面框架

使用方法

基本使用

# 使用默认配置文件
python main.py

# 指定配置文件
python main.py <配置文件路径>.toml

批量计算

批量计算不同保护角下的跳闸率：

python main-batch.py <配置文件路径>.toml

结果将输出到 r.txt 文件中。

打包为可执行文件

使用 Makefile 打包：

make

生成的可执行文件位于 dist/Lightening.exe

图形界面使用

程序提供基于 pywebview 的图形界面，使用 Vue 3 + Quasar + TypeScript + Tailwind CSS 开发。

安装前端依赖

cd webui
npm install

开发模式运行

# 终端1：启动前端开发服务器
cd webui
npm run dev

# 终端2：启动 pywebview 窗口
python webview_app.py

生产模式运行

# 构建前端
cd webui
npm run build

# 启动 pywebview 窗口
python webview_app.py

图形界面支持：

• 可视化参数配置（基本参数、高级参数、可选参数）
• 动态添加/删除数组参数
• 参数导出功能
• 计算结果展示

详细说明请参考 webui/README.md

配置文件格式

配置文件使用 TOML 格式，包含三个主要部分：

[parameter] - 基本参数

[parameter]
rated_voltage = 750        # 额定电压等级 (kV)
h_c_sag = 14.43            # 导线弧垂 (m)
h_g_sag = 11.67            # 地线弧垂 (m)
insulator_c_len = 7.4      # 导线串子绝缘长度 (m)
string_c_len = 9.2         # 导线串长 (m)
string_g_len = 0.5         # 地线串长 (m)
h_arm = [130, 100]         # 导、地线挂点垂直距离 (m)，第一个值为地线挂点高度
gc_x = [17.9, 17]          # 导、地线水平坐标 (m)
ground_angels = [0]        # 地面倾角 (°)，向下为正，支持多个角度
altitude = 1000            # 海拔高度 (m)
td = 20                    # 雷暴日 (d)

[advance] - 高级参数

[advance]
ng = -1              # 地闪密度 (次/(km²·a))，大于0时使用此值，否则通过雷暴日计算
Ip_a = -1            # 雷电流概率密度曲线系数a，大于0时使用此值
Ip_b = -1            # 雷电流概率密度曲线系数b，大于0时使用此值

注意：当 ng > 0 时，不会通过雷暴日计算地闪密度；当 Ip_a 和 Ip_b > 0 时，不会使用默认雷暴日对应的概率密度。

[optional] - 可选参数

[optional]
voltage_n = 3    # 计算时电压分成多少份（考虑电压波动影响）
max_i = 200      # 最大尝试雷电流 (kA)

计算原理

击距模型

程序使用基于电气几何模型的方法计算绕击跳闸率，主要涉及以下击距公式：

1. 地线击距：r_s = 10 \times I^{0.65}
2. 导线击距：r_c = 1.63 \times (5.015 \times I^{0.578} - 0.001 \times U_{ph})^{1.125}
3. 地面击距：
   • h_{av} < 40m: r_g = (3.6 + 1.7 \ln(43 - h_{av})) \times I^{0.65}
   • h_{av} \ge 40m: r_g = 5.5 \times I^{0.65}

地闪密度计算

根据 Q/GDW 11452-2015 导则：

N_g = 0.023 \times T_d^{1.3}

跳闸率计算

通过积分暴露弧面积与雷电流概率密度的乘积得到最终跳闸率，并考虑建弧率。

输出结果

1. 控制台日志：显示详细的计算过程和中间结果
2. DXF文件：egm1.dxf、egm2.dxf 等，可视化击距模型
3. 跳闸率结果：单位为 次/(100km·a)

项目结构

EGM/
├── main.py                 # 主程序入口
├── main-batch.py           # 批量计算程序
├── core.py                 # 核心计算模块
├── animation.py            # 动画演示模块
├── webview_app.py          # pywebview 图形界面后端
├── article.toml            # 示例配置文件
├── default.toml            # 默认配置文件
├── Makefile                # 构建脚本
├── pyproject.toml          # 项目配置
├── README.md               # 说明文档
├── webui/                  # 图形界面前端项目
│   ├── src/
│   │   ├── components/
│   │   │   ├── ParameterForm.vue  # 参数表单组件
│   │   │   ├── Animation.vue      # 动画可视化组件
│   │   │   └── Log.vue            # 日志显示组件
│   │   ├── types/
│   │   │   └── index.ts           # TypeScript 类型定义
│   │   ├── App.vue                # 主应用组件
│   │   ├── main.ts                # 应用入口
│   │   └── style.css              # 全局样式
│   ├── package.json               # 前端依赖配置
│   ├── vite.config.ts             # Vite 配置
│   ├── tsconfig.json              # TypeScript 配置
│   ├── tailwind.config.js         # Tailwind CSS 配置
│   └── index.html                 # HTML 入口
├── CSharp/                 # C# 版本实现
└── 历史/                   # 历史配置文件和DXF文件

技术支持

程序基于新版大手册公式和 Q/GDW 11452-2015《架空输电线路防雷导则》实现。

许可证

请参考项目许可证文件。