CN101592691A - 输电线路雷电绕击、反击判别器 - Google Patents

Abstract

提供一种可以判别雷击绕击、反击的装置。该装置包括两部分电流传感器(1、2)、数据传输模块(4)、数据处理模块(3)、信号传输装置、显示单元。将电流传感器分别安装在杆塔横担以下的竖杆(主材)部位(A处)、绝缘子悬挂金具处(或附近横担)(B、C处)。通过电流传感器采集这2部分电流的方向，判断绕击还是反击，以及雷电电荷种类，雷电流大小。该发明与200610089771.8专利的不同之处时在于——本发明采用2部分电流传感器进行电流相位比较，而舍弃了有争议的电压传感器。采用本方案的优点在于：1.可以实现对杆塔入地雷电流分流进行测量；2.采集到的2个电流信号没有附加相位移性，只有同相与反向关系；3.信号采集稳定可靠，不受大气湿度的影响4.成本低廉。

Description

输电线路雷电绕击、反击判别器

技术领域

本发明属于雷电信息测量领域，特别是提供了一种输电线路雷击闪络路径检测设备，采用两部分电流传感器配合方案测量雷击输电线路时的闪络路径——反击或绕击；而且，本设备通过对传感器输出信号进行处理，还可以对雷电流的大小进行测量。

技术背景

我国雷电活动非常频繁，输电线路常常因遭受雷击而发生停电事故。雷击故障是输电线路最常见的事故之一，严重影响了电力供应的安全性和可靠性。雷电无论是直击雷(雷电落在线路本身)还是感应雷(雷电落在线路附近)，都有可能造成线路绝缘子闪络，进而导致接地故障，造成停电事故，影响社会生产。因此输电线路从设计到维护均十分重视防雷。在设计阶段，需要根据雷电信息参数来设计输电线路的绝缘配合、避雷线保护角等一系列参数。然而，雷电活动属于小概率事件，参数具有强烈的随机性，雷击特性需要从大量的实测数据中统计。同时，雷电活动的真实信息由于关注不够导致检测手段的缺乏，以至于数据采集量远远不足。按照目前不很准确的雷电信息设计的输电线路常常发生雷击事故，因此，对雷击事件真实数据的采集显得尤为重要。

输电线路遭受雷击时发生绝缘子闪络，其闪络路径有两种。第一种是绕击路径——雷电“绕过”避雷线，击中输电导线，雷电流从输电导线沿绝缘子表面的闪络电弧流到杆塔上，最后沿杆塔流入大地，参见附图1；第二种是反击路径——雷电击中避雷线或杆塔，部分雷电流沿塔身流入大地，另一部分雷电流从杆塔沿绝缘子表面的闪络电弧流到高压导线上，参见附图2。

对这两种不同性质的闪络，需采用不同的设计防范措施。例如：对于绕击，根据规程设计，应改进避雷线位置来减小保护角；对于反击，应降低杆塔接地电阻，或增加绝缘子，提高耐雷水平。由于对雷电参数掌握不够，实际效果与设计要求有一定差距。尤其是当闪络发生后，反击还是绕击判别不明，难以有针对性地采取措施，设计缺陷无从查证。因此，急需一种可靠判别绕击和反击的方法，以获取准确的雷电信息，指导防范措施，改进输电线路设计。

目前国内外在测量雷电信息主要研究工作集中在三个方面：

第一，对雷击杆塔、输电线路感应雷电压进行数值计算，研究合理的计算方法；第二，在试验基地的模拟线路上进行雷击试验研究；第三，大规模推广应用雷电定位系统，获得了各地区雷暴日、落雷次数、雷电流幅值分布概率等基本雷电活动参数。目前获取真实雷电活动信息的主要手段是雷电定位系统。该系统利用多个天线遥测落雷方位和雷电流的大小，为输电线路的防雷设计积累了原始数据。但是，雷电定位系统安装在分布稀疏的观测站，远离雷击点，测量精度有限，南方山区测量误差达公里级，定位极差，更不能区分反击和绕击。国外有的装置，利用电流传感器测量雷电闪络电流的极性，并且假设雷击事件只由负电荷雷云产生，从而根据电流传感器输出信号的极性区分反击和绕击。但是，事实上雷击事件中有约10％是由正电荷雷云产生的，以上述假设为基础来获得的数据仍存在不可接受的误差。

在实际输电线路上实测雷电闪络路径的方法，06年出现了专利号为200610089771.8的电压传感器与电流传感器同时使用的雷电绕击判别装置。经研究，该装置的确存在一些设计不足：

①对于绕击情况，绕击电流路径包括导线、闪烙绝缘子、杆塔本体及杆塔接地网。由于电压传感器电容充电需要一定的时间，不能使用雷电波过程来分析电压、电流相位关系，必须使用集中参数电路分析。因此，必须考虑到如杆塔电感、接地电阻、电压传感器回路电容与电阻等集中参数元件对电流，电压波形移相影响。电压、电流相位差与杆塔电感量、杆塔地网电阻值有关，导致每个杆塔电压、电流相位差均不同。因此，电流、电压传感器输出信号间的关系并不存在如200610089771.8专利所描述的电压、电流相位差仅为0度(同相)或180度(反相)的情况，而是复杂的向量关系。

②由于测量电压电容极板两端分别与绝缘子金具、杆塔以及横担存在电容，相当于测量电压回路有三个电容串联，由于雷击往往伴随降雨过程，雨水条件下空气介质的导电性增加，测量电压电容极板与金具、杆塔的电容的泄漏电阻(并联)大幅度减小，等效充电时间常数大幅度增加。

当雷击杆塔或绕击导致绝缘闪烙时，由于杆塔接地，雷电波在杆塔处会产生负反射，雷击引起杆塔电位升高的时间远远小于雨天条件下的电压传感器充电时间常数，使电压传感器没有输出，因此无法采集到电压信号。

③在反击时200610089771.8专利无法测量流经杆塔入地的雷电流参数，因此无法测量雷击总电流参数。

综上所述，通过雷电电流、电压相位关系的比较判定绕击还是反击存在缺陷。200610089771.8专利亟需改进。

发明内容

针对200610089771.8专利方案中电压传感器的缺陷，本发明提出采用两部分电流传感器的改进方案，将部分电流传感器(1)安装在绝缘子串杆塔侧金具或悬挂绝缘子附近的横担上(B、C处)，另一部分电流传感器安装在低于横担的杆塔竖杆(主材)处(A处)。由于电流传感器无电容充电问题，因此电流信号采集与空气湿度无关，不受天气影响；而且流经电流传感器的电流为波过程，不受杆塔电抗、接地电阻等集中参数元件的影响，电流分流只受各支路波阻抗影响，不必使用集中参数电路进行分析，因此被测电流相位不会发生变化，测量结果稳定可靠。

本发明的目的在于提供一种输电线路雷击闪络路径检测装置，可以通过两部分电流传感器信号区分雷电闪络路径绕击或反击；雷电电荷极性正或负；以及雷电流峰值大小。

本文以反击时的正雷电闪络电流的流动方向为电流正方向。根据本发明，一部分电流传感器(1)安装在绝缘子串杆塔侧金具或悬挂绝缘子附近的横担上(B、C处)，另一部分安装在低于横担的杆塔竖杆(主材)处(A处)。(1)当负电荷雷引发反击时，绝缘子金具部分电流传感器测到负电流信号，杆塔部分电流传感器也测到负电流信号；(2)当正电荷雷引发反击时，绝缘子金具部分电流传感器测到正电流信号，杆塔部分电流传感器也测到正电流信号；(3)当负电荷雷引发绕击时，绝缘子金具部分电流传感器测到正电流信号，杆塔部分电流传感器测到负电流信号；(4)当正电荷雷引发绕击时，绝缘子金具部分电流传感器测到负电流信号，杆塔部分电流传感器测到正电流信号。

该情况归纳如下表：

表1  两部分电流传感器输出信号与雷击类型关系表

雷击类型	绝缘子串杆塔侧金具电流传感器	杆塔竖杆(主材)电流传感器
			(1)负电荷雷引发反击	负电流信号	负电流信号
(2)正电荷雷引发反击	正电流信号	正电流信号
			(3)负电荷雷引发绕击	正电流信号	负电流信号
(4)正电荷雷引发绕击	负电流信号	正电流信号

根据雷击闪络后两部分电流传感器输出信号的极性，以两部分电流传感器输出同极性信号为反击，异极性信号为绕击，杆塔竖杆(主材)电流传感器输出极性代表雷电荷极性的原则，能够区分绕击和反击，以及判别雷电的极性。

另外，通过对电流传感器采集信号进行处理，可以求出流过绝缘子串和经杆塔入地的雷电流幅值，由此可以求出雷击总电流；通过数据处理还可以求出雷电流的最大陡度。上述数据通过通讯装置传送到位于变电站的接收装置。

实施步骤：

(1)在绝缘子串杆塔侧金具或悬挂绝缘子附近的横担上(B、C处)安装电流传感器，要求安装时明确电流传感器的正方向。

(2)在低于横担的杆塔竖杆(主材)处(A处)安装电流传感器，要求安装时明确电流传感器的正方向。

(3)利用两部分电流传感器同时分别测量流经绝缘子串杆塔侧金具以及流经杆塔入地的闪络电流方向。

(4)将两部分电流传感器输出信号的极性代入前文所述的各种情况，则与其对应的闪络路径与雷电荷极性就是通过本发明所获得的结论。

(5)可以根据电流传感器的电流信号强度按照一定比例关系推算出雷击电流大小，根据数据处理还能得到雷电流陡度参数。

本发明的优点在于：

①创造性地利用两部分电流传感器输出信号的极性来判断雷击闪络路径，消除了200610089771.8专利电压传感器存在的电压采集需要充电时间，导致采集的电流与电压之间存在复杂向量关系的缺陷。由于采集量均为电流，它们之间满足波阻抗的分流关系，使采集的两个电流间仅有同相与反向关系，消除了杆塔电感、杆塔电阻、电压传感器充电时间常数对电流、电压相位移的影响，使判别绕击与反击具有稳定性、可靠性、科学性。

②杆塔竖杆(主材)处电流传感器出于成本控制考虑，可以只安装一个；而绝缘子串杆塔侧金具电流传感器数目依据杆塔导线情况而定。相对于200610089771.8专利的方案，本装置省掉了多个电压传感器，只多用一个电流传感器，具有更低的成本优势，更有利于产品大面积推广。

③全部采用电流传感器，消除了作为电压传感器的电容存在充电时间，大气湿度变化会影响电压采样回路充电时间常数，导致对电压采样不可靠的弊端，使本发明具有“全天候”工况。

④本发明提供了判别雷电绕击、反击的装置，具有低成本、高可靠性优势。

⑤本发明可以采集到流经杆塔入地电流参数，因此可以测量反击时总雷电流的参数。而200610089771.8专利不具有实现这个功能。

附图说明

图1为本发明绝缘子发生绕击示意图。

图2为本发明绝缘子发生反击示意图。

图3为本发明实施例中电流传感器及数据处理单元安装位置。

具体实施方法

参考附图3，将绝缘子串杆塔侧金具电流传感器(1)套在绝缘子串的杆塔侧金具，或靠近该金具的横担(B、C处)上，要求电流传感器的正方向为从杆塔横担指向绝缘子串，当发生闪络时，则闪络电流流过金具，即可被该部分电流传感器测到；杆塔竖杆(主材)电流传感器(2)安装在低于横担的杆塔竖杆(主材)部位(A处)，要求电流传感器的正方向沿杆塔指向接地端，当闪络发生时，闪络电流流过杆塔竖杆，即可被该部分电流传感器测到。电流传感器检测到的数据经过数据传输模块(4)汇集到数据处理模块(3)，经逻辑比较后即可获知发生的闪络是反击还是绕击，以及雷电电荷正负情况，雷电流幅值，陡度等数据，并通过通讯装置向变电站汇报。

Claims (2)

1.一种输电线路雷击事故闪络路径的判别设备，其特征在于：采用多个电流传感器同时使用，将部分电流传感器(1)安装在绝缘子串杆塔侧金具或悬挂绝缘子附近的横担上(B、C处)，另一部分电流传感器安装在低于横担的杆塔竖杆(主材)处(A处)。两部分电流传感器通过数据传输模块(4)连接到数据处理模块(3)。当绝缘子发生雷击闪络时，闪络电流穿过两部分电流传感器(1、2)并被检测出电流方向，该信号通过数据传输模块(4)发送到数据处理模块(3)。数据处理模块(3)根据两部分电流的方向关系判定绝缘闪络是由反击引起还是由绕击引起；通过对电流传感器采集的信号进行处理，可以求出雷电流幅值；通过数据处理还可以求出雷电流的最大陡度。上述数据通过通讯装置传送到位于变电站的接收装置。

2.按照权利要求1所述的方法，其特征在于：所用的电流传感器为罗果夫斯基线圈型电流传感器、霍尔元件型电流传感器、光学电流传感器、电流互感器等能检测电流信号的元器件。

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