CN104155568A - 一种雷击输电线路避雷线精确定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种雷击输电线路避雷线精确定位方法，按照国际专利分类表(IPC)划分，属于电技术领域。其目的主要解决现有的雷电定位系统广域测量定位精度低，而基于输电线路参数和特性的精确定位方法经济性差的问题。其特征是利用监测终端采集雷击避雷线振荡电流行波，利用小波变化处理波形，提取雷击避雷线的振荡电流有效GPS行波电流时间，最终基于高频电流行波折反射分析实现雷击避雷线位置的精确定位。该方法可实现将雷电广域监测的线路走廊缩小到输电线路本体避雷线，提高了定位的精度，此外，监测终端每隔15-20km安装一个，相对于每级杆塔装设监测装置的方法大大降低了经济成本。

Description

一种雷击输电线路避雷线精确定位方法

技术领域

[0001] 本发明涉及电力系统输电线路故障智能诊断领域，特别是雷击故障定位领域。

背景技术

[0002] 根据电网故障分类统计表明，40%-70%输电线路跳闸故障由雷击引起，是造成电 网公司输电线路跳闸的第一原因，也是造成线路非计划停运的第三原因。输电线路雷击故 障存在故障点难以精确定位、故障雷击性质难以正确辨识的问题。雷击故障定位不准，会导 致查找和修复故障时间延长，从而影响供电的迅速恢复，而故障雷击性质判断不准确，会降 低采取的防护措施的针对性，使得电网的雷击故障跳闸率难以得到显著降低。因此为减少 电网雷击故障跳闸及其影响，我们需要准确地确定故障点，并明确雷击故障性质以采取针 对性的防治措施。

[0003] 在电力系统安全运行维护工作中，雷电监测与之息息相关，雷电监测是掌握输电 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。现代电力系统安全运行对雷电监测提出以 下要求：输电线路的基础数据的准确采集，获取雷电线路遭受雷击的次数，雷击输电线路本 体的辨识（是避雷线还是杆塔）以及雷击线路具体位置的精确定位。

[0004] 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 间电磁场信号，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，因而尚无法得到雷电直接击中输电线路的确切 次数，更无法确定雷击中的是避雷线还是杆塔。

[0005] 中国发明专利"实时雷击定位系统及定位方法"（1987526A)与实用新型专利"基 于光纤复合架空地线的实时雷击定位系统" (200993675Y)提出一种用于高压输电线网的基 于光纤复合架空地线的实时雷击定位方法及系统，利用雷击导致光纤架空地线中传输激光 的偏振态发生变化的原理对雷击输电线路事件实现较为精确的实时定位。该装置测量的雷 电信号经由一系统列偏振传至接光电检测器来获得雷击点距离检测终端距离，然后减去平 时由激光信号得到的信号在处理过程的时差。实际情况下，雷电信号分散性大，通过此种方 法检测信号很难得可靠的数据。同时，该系统不能区分感应雷与雷击输电线路本体，不能实 现雷击性质精确辨识；不能分辨雷电信号与线路各种偶发干扰信号，造成雷击的误判。

[0006] 中国实用新型专利"超高压输电线路单相接地跳闸及雷击定位监测系 统"（201697992 U)、中国发明专利"输电线路雷击在线监测系统"（ZL200710053751.X)、中 国发明专利"电力输电线路雷击点的确定方法"（ZL200610021239. 2)、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)均是提出一种安装在单级杆 塔上雷电监测装置。以上发明若要获取整条线路的雷击点数据，则需要在线路上每级杆塔 都安装监测装置，设备的安装维护费用较高，经济性较低。

发明内容

[0007] 本专利的目的在于提出一种基于输电线路监测波形的行波电流的折反射时间，实 现对雷击输电线路位置的精确定位方法，以解决传统的雷电定位系统的定位不准、测量误 差较大，而精确的雷击输电线路定位经济性差的问题。

[0008] 本发明要解决上述技术问题是通过采用如下新的技术方案实现的：

[0009] 基于分布式的输电线路监测装置（在输电线路ABC三相导线上每N公里安装电流 监测装置，N取15到20)，记录雷击避雷线时输电线路上的行波电流波形数据；

[0010] 基于连续小波理论提取波形中有效的雷击避雷线振荡区间，然后于每个振荡区间 中提取幅值最大点为有效的波头信号；

[0011] 利用行波折反射理论，确定行波往反射时间内的传输距离，按照系统输出的有效 波头先后时间，分别记为，其中h为第一次检测到行波电流信号点，tpt2为经过两 边变电站反射后监测终端第二次检测到的点；利用公式

算经变 电站反射回来的波与第一个检测到的信号点时间差内，行波所走传输的距离；其中v为行 波电流在输电线路传播的波速，常取3X108m/s，fM为系统采集信号的采样率；

[0012] 分别将Lp L2分别与两侧变电站与终端距离相比较：如果Q与小号变电站与终端 距离相等（误差为7% )，则雷击避雷线位置位于监测终端与大号变电站之间，L2即为雷击 避雷线位置与大号变电站相距位置，通过实际档距可推测至具体杆塔区间；如果L 2与小号 变电站与终端距离相等（误差为7% )，则雷击避雷线位置位于监测终端与大号变电站之 间，U即为雷击避雷线位置与大号变电站相距位置，通过实际档距可推测至具体杆塔区间； 如果U与大号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监测终端与 小号变电站之间，L2即为雷击避雷线位置与小号变电站相距位置，通过实际档距可推测至 具体杆塔区间；如果L 2与大号变电站与终端距离相等（误差为7% )，则雷击避雷线位置位 于监测终端与小号变电站之间，U即为雷击避雷线位置与小号变电站相距位置，通过实际 档距可推测至具体杆塔区间；最后输出雷击避雷线的精确位置。

[0013] 相对于现有的雷击输电线定位方法，本方法具有以下优点：本专利通过监测装置 采集的雷击避雷线电流振荡波形，可实现将雷电监测由广域的线路走廊缩小到输电线路本 体避雷线；相对于利用空间电磁场变化判断输电线路走廊的雷击状况对于输电线路的雷击 故障定位具有更高的精度，从而更好的解决雷击定位精度的问题，提高了测量方法的可靠 性；监测终端只需每隔15-20km安装一个，相对于每级杆塔（杆塔间距约为0.8km)装设监 测装置的方法大大降低了维修成本及经济成本，从而更好的解决监测系统经济技术经济性 差的问题。

附图说明

[0014] 图1雷击输电线路避雷线精确定位方法的步骤流程图。

[0015] 图2输电线路行波监测装置记录的原始雷击避雷线波形例1。

[0016] 图3原始雷击避雷线波形例1经过小波变化处理后振荡区间分析图。

[0017] 图4输电线路行波监测装置记录的原始雷击避雷线波形例2。

[0018] 图5原始雷击避雷线波形例2经过小波变化处理后振荡区间分析图。

具体实施方式

[0019] 请参阅图1，图1是本发明一种雷击输电线路避雷线精确定位方法的步骤流程图。

[0020] 所述定位方法包括以下步骤：

[0021] 步骤S101 (见图1)，获取输电线路雷击避雷线时电流在线监测数据。

[0022] 本步骤中，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，输电线路每隔15到20公里在ABC三相安装电流监测装置，故障后工频故障电流记录的 时间长度是〇. 1秒，采样率为2400赫兹，行波电流记录的时间长度是700微秒，采样频率为 10兆赫兹。通过装置可以记录到雷击避雷线时输电线路上的行波电流波形数据。提取的原 始雷击避雷线电流行波如图2、图4所示。

[0023] 步骤S102(见图1)，提取雷击避雷线电流行波的振荡波信息。

[0024] 本步骤中，因杆塔的入地反射，雷击避雷线电流行波形成多个振荡区间。系统基于 连续小波理论提取波形中有效的雷击避雷线振荡区间，然后于每个振荡区间中提取幅值最 大点为有效的波头信号。

[0025] 对原始雷击避雷线波形（如图2)进行处理，对信号进行连续64层小波分析， 采用明亮度分析得到原信号最终振荡区间分析图（如图3)，输出的有效的振荡区间为： 995-1095、2405-2489、3121-3201，最终每个区间提取幅值最大点为有效波头：1015、2419、 3134。

[0026] 对原始雷击避雷线波形（如图4)进行处理，对信号进行连续64层小波分析， 采用明亮度分析得到原信号最终振荡区间分析图（如图5)，输出的有效的振荡区间为： 982-1055、2514-2638、2963-3109，最终每个区间提取幅值最大点为有效波头：1032、2549、 3003。

[0027] 步骤S103(见图1)，计算雷击避雷线的精确位置。

[0028] 本步骤中，利用行波折反射理论，实现雷击避雷线精确定位。具体过程为，系统输 出的有效波头按照先后时间，分别记为h，t 2，其中、为第一次检测到行波电流信号点， h、t2为经过两边变电站反射后监测终端第二次检测到的点。

[0029] 利用公式A •算经变电站反射回来的波与第一个检测到的 信号点时间差内，行波所走传输的距离。其中v为行波电流在输电线路传播的波速，常取 3X 108m/s，fM为系统采集信号的采样率。

[0030] 步骤S104(见图1)，确定雷击避雷线的精确位置。

[0031] 分别将U、L2分别与两侧变电站与终端距离相比较：

[0032] 如果U与小号变电站与终端距离相等（误差为7% )，则雷击避雷线位置位于监 测终端与大号变电站之间，L2即为雷击避雷线位置与大号变电站相距位置，通过实际档距 可推测至具体杆塔区间。

[0033] 如果L2与小号变电站与终端距离相等（误差为7% )，则雷击避雷线位置位于监 测终端与大号变电站之间，U即为雷击避雷线位置与大号变电站相距位置，通过实际档距 可推测至具体杆塔区间。

[0034] 如果U与大号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监 测终端与小号变电站之间，L2即为雷击避雷线位置与小号变电站相距位置，通过实际档距 可推测至具体杆塔区间。

[0035] 如果L2与大号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监 测终端与小号变电站之间，U即为雷击避雷线位置与小号变电站相距位置，通过实际档距 可推测至具体杆塔区间。

[0036] 图2雷击避雷线波形中，系统采样率为10MHz，计算知U = 21060米，L2 = 31785 米。通过比较知，终端与小号变电站的距离为31416米，约等于1^2，因此雷击避雷线位置在大 号变电站与监测终端之间，并且与大号变电站相距21060米，最终定位为94-95杆塔之间。

[0037] 图4雷击避雷线波形中，系统采样率为10MHz，计算知U = 22755米，L2 = 29566 米。通过比较知，终端与大号变电站的距离为22546米，约等于U，因此雷击避雷位置在小 号变电站与监测终端之间，并且与小号变电站相距22755米，最终定位为84-85杆塔之间。

[0038] 输出雷击避雷线的精确位置。

Claims (5)

1. 一种雷击输电线路避雷线精确定位方法，其特征在于基于输电线路监测波形的行波 电流的折反射时间实现对雷击输电线路位置的精确定位，具体包括以下步骤： 获取输电线路雷击避雷线时电流的在线监测数据； 提取雷击避雷线电流行波的振荡波信息； 计算行波往反射时间内传输的距离； 确定雷击避雷线的精确位直。

2. 如权利要求1所述的一种雷击输电线路避雷线精确定位方法，其特征在于：在S101 中，输电线路监测装置采用分布式结构，即在输电线路ABC三相导线上每N公里安装电流监 测装置，N取15到20,通过装置可以记录到雷击避雷线时输电线路上的行波电流波形数据。

3. 如权利要求1所述的一种雷击输电线路避雷线精确定位方法，其特征在于：在S102 中，系统基于连续小波理论提取波形中有效的雷击避雷线振荡区间，然后于每个振荡区间 中提取幅值最大点为有效的波头信号。

4. 如权利要求1所述的一种雷击输电线路避雷线精确定位方法，其特征在于：在S103 中，利用行波折反射理论，确定行波往反射时间内的传输距离；具体过程为，系统输出的有 效波头按照先后时间，分别记为h、t 2，其中h为第一次检测到行波电流信号点，t2 为经过两边变电站反射后监测终端第二次检测到的点；利用公式

算经变电站反射回来的波与第一个检测到的信号点时间差内，行波所走传输的距离；其中 v为行波电流在输电线路传播的波速，常取3X 108m/s，fM为系统采集信号的采样率。

5. 如权利要求1所述的一种雷击输电线路避雷线精确定位方法，其特征在于：在S104 中，确定雷击避雷线的精确位置；具体过程为分别将U、L 2分别与两侧变电站与终端距离相 比较： 如果U与小号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监测终 端与大号变电站之间，L2即为雷击避雷线位置与大号变电站相距位置，通过实际档距可推 测至具体杆塔区间； 如果L2与小号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监测终 端与大号变电站之间，Q即为雷击避雷线位置与大号变电站相距位置，通过实际档距可推 测至具体杆塔区间； 如果Q与大号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监测终 端与小号变电站之间，L2即为雷击避雷线位置与小号变电站相距位置，通过实际档距可推 测至具体杆塔区间； 如果L2与大号变电站与终端距离相等（误差为7 % )，则雷击避雷线位置位于监测终 端与小号变电站之间，Q即为雷击避雷线位置与小号变电站相距位置，通过实际档距可推 测至具体杆塔区间； 最后输出雷击避雷线的精确位置。