CN104155568B - 一种雷击输电线路避雷线精确定位方法 - Google Patents

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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
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
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。
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。
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。
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。
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”(201697992U)、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
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。
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:
基于分布式的输电线路监测终端(在输电线路ABC三相导线上每N公里安装监测终端,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。
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。
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t0、t1、t2,其中t0为第一次检测到行波电流信号的时间,t1、t2分别为经过两边变电站反射后监测终端第二次和第三次检测到的时间;利用公式计算经变电站反射回来的波与第一个检测到的信号时间差内行波所传输的距离;其中v为行波电流在输电线路传播的波速,常取3×108m/s。
分别将L1、L2与两侧变电站至监测终端的距离相比较:如果L1与小号变电站至监测终端距离的误差小于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与小号变电站至监测终端的距离的误差小于7%,则雷击避雷线位置位于监测终端与大号变电站之间,L1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L1与大号变电站至监测终端的距离的误差小于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与大号变电站至监测终端距离的误差小于7%,则雷击避雷线位置位于监测终端与小号变电站之间,L1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。
相对于现有的雷击输电线定位方法,本方法具有以下优点:本专利通过监测终端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
图1雷击输电线路避雷线精确定位方法的步骤流程图。
图2输电线路行波监测终端记录的原始雷击避雷线波形例1。
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。
图4输电线路行波监测终端记录的原始雷击避雷线波形例2。
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
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。
所述定位方法包括以下步骤:
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。
本步骤中,监测终端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三相安装监测终端,故障后工频故障电流记录的时间长度是0.1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。通过监测终端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。
步骤S102(见图1),提取雷击避雷线电流行波的振荡波信息。
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。
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。
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。
步骤S103(见图1),计算雷击避雷线的精确位置。
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t0、t1、t2,其中t0为第一次检测到行波电流信号的时间,t1、t2分别为经过两边变电站反射后监测终端第二次和第三次检测到的时间。
利用公式计算经两边变电站反射回来的波与第一个检测到的信号时间差内行波所传输的距离。其中v为行波电流在输电线路传播的波速,常取3×108m/s。
步骤S104(见图1),确定雷击避雷线的精确位置。
分别将L1、L2分别与两侧变电站与监测终端距离相比较:
如果L1与小号变电站至监测终端的距离的误差小于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与小号变电站至监测终端的距离的误差小于7%,则雷击避雷线位置位于监测终端与大号变电站之间,L1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L1与大号变电站至监测终端的距离的误差小于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与大号变电站至监测终端的距离的误差小于7%,则雷击避雷线位置位于监测终端与小号变电站之间,L1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。
图2雷击避雷线波形中,计算知L1=21060米,L2=31785米。通过比较知,监测终端与小号变电站的距离为31416米,与计算所得L2的误差小于7%,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。
图4雷击避雷线波形中,计算知L1=22755米,L2=29566米。通过比较知,监测终端与大号变电站的距离为22546米,与计算所得L1的误差小于7%,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。
输出雷击避雷线的精确位置。

Claims (1)

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:
获取雷击避雷线时输电线路上的行波电流的在线监测数据;
提取雷击避雷线时输电线路上的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置;
其中,在获取雷击避雷线时输电线路上的行波电流的在线监测数据中,输电线路监测终端采用分布式结构,即在输电线路ABC三相导线上每N公里安装监测终端,N取15到20,通过监测终端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;
在提取雷击避雷线时输电线路上的电流行波的振荡波信息中,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;
在计算行波往反射时间内传输的距离中,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t0、t1、t2,其中t0为第一次检测到行波电流信号的时间,t1、t2分别为经过两边变电站反射后监测终端第二次和第三次检测到的时间;利用公式计算经两边变电站反射回来的波与第一个检测到的信号时间差内行波所传输的距离;其中v为行波电流在输电线路传播的波速,取3×108m/s
在确定雷击避雷线的精确位置中,具体过程为分别将L1、L2分别与两侧变电站与监测终端距离相比较:
如果L1与小号变电站至监测终端的距离的误差小于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与小号变电站至监测终端的距离的误差小于7%,则雷击避雷线位置位于监测终端与大号变电站之间,L1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L1与大号变电站至监测终端的距离的误差小于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与大号变电站至监测终端的距离的误差小于7%,则雷击避雷线位置位于监测终端与小号变电站之间,L1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。
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