CN102890207B - 一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法。本发明是以监测输电线路相导线中行波电流频率特征为基础的辨识方法，所述方法包括：获取输电线路行波电流波形数据；分析行波电流频率；比较行波电流频率是否在70kHz到2MHz范围内，并输出辨识结果。与现有技术相比较，本发明物理概念清晰，判断思路明确，可有效辨识行波电流信号是否为雷击输电线路避雷线或杆塔的信号。

Description

一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法

技术领域

本发明涉及电力系统雷电在线监测技术领域，尤其涉及一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法。

背景技术

雷击是引起输电线路跳闸的重要原因之一，严重地影响了电网的安全稳定运行。监测雷击输电线路的基础数据，获取线路遭受雷击的次数，辨别雷击输电线路的具体位置(是避雷线还是杆塔)，是掌握输电线路的雷击特性的基础，对于探索输电线路科学的防雷对策、检验防雷设计和改造是否合理有效、提高线路的防雷能力有着重要的意义。

目前电力系统主要依赖雷电定位系统得到输电线路的雷电活动情况。通过对雷电定位系统监测得到的雷电数据定期进行统计、分析，得到输电线路走廊在该时间段内的落雷次数和强度，该数据一定程度上反映了输电线路走廊的雷电活动特征。而雷电定位系统作为一种广域雷电测量系统，针对二维地理平面而设计，其原理是利用雷击对地闪络的空间场信号，而不是直接监测输电线路遭受雷击后沿线路传递的线路信号，因此给出的输电线路雷击次数仅是针对线路走廊而言，反映的是输电线路走廊宏观的雷电分布，且雷电定位系统存在着一定的定位和测量误差，因而尚无法得到雷直接击中输电线路的确切次数，更无法确定雷击中的是输电线路中的避雷线还是杆塔。

中国发明专利“输电线路雷击在线监测系统”(ZL200710053751.X)提出了一种输电线路的雷电在线监测方法，通过在高塔上安装雷击在线监测装置，通过传感器测量雷电流参数，包括雷电流幅值、时间和波形等。该装置测量得到的是雷电流的相关特性参数，由于是安装在单基高杆塔上，获取的数据仅针对单基杆塔而言，无法获得整条线路的雷击数据，其能否获取数据很大程度上还取决于雷击中杆塔的概率，分散性很大，如不大量装设，很难获取有效可用的数据。

中国发明专利“电力输电线路雷击点的确定方法”(ZL200610021239.2)提出杆塔上各根电力输电线和避雷线上设置雷击传感器；当线路发生雷击时，传感器将采集到雷击信号通过模数转换、编码加密，由无线连接通道发送到INTERNET网络，服务器接收雷击数据信息，并与专用数据库存贮的数据作比较，从而确定出雷击点。该发明判断雷击点是基于线路的雷击故障而言，且需要杆塔的各根电力输电线路和避雷线上均安装上雷击传感器，若要获取整条线路的雷击点数据，则线路上每基杆塔都需要安装，设备的安装维护费用较高，经济性较低。

中国发明专利“一种输电线路的雷击参数和特性的测试方法”(ZL200910091530.0)中提出的一种多通道方法，也是安装在单基杆塔上，得到雷电流的波形，判断线路的雷击故障的性质是反击(雷击中避雷线或塔顶)还是绕击(雷绕过避雷线击中导线)造成的。该方法仅限于单基杆塔安装，且主要是针对雷击故障判断故障性质是反击还是绕击，对于雷是击中输电线路中的避雷线还是杆塔尚无法判断。

中国发明专利“一种交流输电线路雷电绕击与反击的识别方法”(ZL200810058558.X)与“一种高压直流输电线路雷电绕击与反击的识别方法”(ZL200810058559.4)均是提出的输电线路雷电绕击和反击的雷击故障性质辨识方法，同样对于雷是击中输电线路中的避雷线还是杆塔尚无法判断。参考文献：

[1]汪涛，周文俊.输电线路雷击在线监测系统[p].中国专利：200710053751.X

[2]郭玉章.电力输电线路雷击点的确定方法[p].中国专利：200610021239.2

[3]陈水明，何金良.一种输电线路的雷击参数和特性的测试方法[p].中国专利：200910091530.0

[4]束洪春.一种交流输电线路雷电绕击与反击的识别方法[p].中国专利：200810058558.X

[5]束洪春等.一种高压直流输电线路雷电绕击与反击的识别方法[p].中国专利：200810058559.4

[6]刘振亚.特高压电网[M].北京，中国电力出版社，2005

[7]何金良，高玉明.过电压防护及绝缘配合[M].北京：清华大学出版社，2000

[8]陈维江，陈家宏，谷山强，钱冠军.中国电网雷电监测与防护亟待研究的关键技术[J].高电压技术，2008，34(10)：2009-2015

[9]胡毅.输电线路运行故障的分析与防治[J].高电压技术，2007，33(3)：1-8

[10]汪涛，周文俊，易辉等.架空输电线路雷电流波形实时监测系统[J].高电压技术，2008，34(5)：961-965

[11]彭勇，王志新，陈军等.输电线路雷击故障定位与识别[J].高电压技术.2010，36(2)：406-410

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法，所述方法以监测输电线路相导线中传播的行波电流频率特征为基础，具体包括以下步骤：

(1)获取输电线路行波电流数据，在输电线路相导线上或者在变电站内安装行波电流监测装置，当输电线路发生电磁扰动时会触发监测装置，记录到行波电流数据。

(2)分析行波电流频率，读取行波电流数据中幅值绝对值最大点前后25微秒的数据进行频率分析。

(3)比较行波电流频率是否在70kHz到2MHz范围内，如果行波电流频率在这个频率范围内，电磁扰动为雷击输电线路避雷线或杆塔，如果行波电流频率不在这个频率范围内，电磁扰动不是雷击输电线路避雷线或杆塔。

与现有技术相比较，本发明的一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法获取输电线路相导线或者变电站内监测装置数据，基于行波电流数据频率和极性分析监测信号是否是雷击杆塔及雷击避雷线信号。本发明物理概念清晰，判断思路明确且无需大量计算，经过细致全面的仿真计算及现场数据的验证，可有效辨识行波电流信号是否为雷击输电线路避雷线或杆塔的信号。

附图说明

图1是本发明一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法步骤流程图；

图2是输电线路行波监测装置记录的雷击避雷线或杆塔波形；

图3是雷击避雷线波形经过小波分解后能量分布图；

图4是输电线路行波监测装置记录的雷击避雷线或杆塔波形

图5是雷击杆塔波形经过小波分解后能量分布图；

图6是输电线路行波监测装置记录的其它电磁扰动波形；

图7是其它电磁扰动波形经过小波分解后能量分布图。

具体实施方式

请参阅图1，图1是本发明一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法步骤流程图。

所述测量方法包括以下步骤：

步骤一，获取输电线路行波电流数据。

本步骤中，输电线路行波电流监测装置采用罗氏线圈传感器，分布布置在输电线路的不同位置，优选地，输电线路每N公里A、B、C三相安装电流监测装置，N取15到20。当输电线路发生电磁扰动时会触发监测装置，记录到行波电流数据，其中监测装置的采样率为10MHz，采用时间长度为400微秒。

步骤二，分析行波电流频率。

读取行波电流数据中幅值绝对值最大点前后25微秒的数据进行频率分析。优选地，采用小波分析方法计算行波电流的频率，即对监测装置记录的行波电流数据使用DB3小波进行10层小波分解，选取10层小波分解的高频系数记为Di(k)，其中i的取值为1到10。

计算每层小波能量，并选取小波能量最大的层数。对10层小波分解行波电流数据得到的高频数据Di(k)计算小波能量，每一层小波的能量为：

$E\left(i\right)=\underset{k=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{D}_i{\left(k\right)}^2$

选取10层小波分解能量最大值所在层数，记为Max_i，小波能量最大值所在层数是行波电流数据频率集中的频率区间。

步骤三，比较行波电流频率是否在70kHz到2MHz内，如果行波电流频率在这个频率范围内，电磁扰动为雷击输电线路避雷线或杆塔。

优选地，70kHz到2MHz范围对应小波变换的层数计算公式为：

$N=\frac{\ln \frac{f}{f_n}}{\ln 2}$

其中f为输电线路行波电流监测装置的采样率，fn为计算频率，N为fn频率对应的小波层数。采样频率f为10MHz，当fn为70kHz，计算得出N＝7.09，当fn为2MHz，计算得出N＝2.3。如果步骤二中计算的Max_i在2.3到7.09的范围内，电磁扰动为雷击避雷线或杆塔；如果Max_i不在2.3到7.09的范围内，电磁扰动不是雷击避雷线或杆塔。

参阅图2和图3，其中图3是图2数据的小波分解后不同层数能量谱，2.3＜Max_i＝5＜7.09，因此图2为雷击避雷线或杆塔数据。

参阅图4和图5，其中图5是图4数据的小波分解后不同层数能量谱，2.3＜Max_i＝5＜7.09。，因此图4为雷击避雷线或杆塔数据。

参阅图6和图7，其中图7是图6数据的小波分解后不同层数能量谱，Max_i＝10＞7.09，因此图6记录的行波电流数据不是雷击避雷线或杆塔数据。

以上所述的本发明实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (3)

1.一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法，其特征是：以监测输电线路相导线中传播的行波电流频率特征为基础的辨识方法，具体包括以下步骤： 

获取输电线路行波电流波形数据； 

分析行波电流频率； 

比较行波电流频率是否在70kHz到2MHz范围内，行波电流频率如果在这个频率范围内，电磁扰动为雷击杆塔或避雷线；

所述的分析行波电流频率即，读取行波电流数据中幅值绝对值最大点前后 25 微秒的数据进行频率分析。

2.根据权利要求1所述的一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法，其特征是：所述的获取输电线路行波电流波形数据的方法是，在输电线路相导线上或者在变电站内安装行波电流监测装置，当输电线路发生电磁扰动时会触发监测装置，记录到行波电流数据。 

3.根据权利要求1所述的一种雷击输电线路避雷线或杆塔的辨识方法，其特征是：所述的比较行波电流频率是否在70kHz到2MHz范围内，如果行波电流频率在这个频率范围内，电磁扰动为雷击输电线路避雷线或杆塔，如果行波电流频率不在这个频率范围内，电磁扰动不是雷击输电线路避雷线或杆塔。