CN104914297A - 一种雷电流参数检测设备及监测定位方法 - Google Patents

Abstract

本发明的雷电流参数检测设备，包括依次串联的测量线圈、调压模块、数据采集卡、光纤模块和计算机，所述测量线圈包括多个并联的量程不同的线圈，所述线圈包括直线型骨架，所述直线型骨架上均匀缠绕着漆包线构成空心单层直线式线圈，所述测量线圈通过电缆连接调压模块和数据采集卡，所述数据采集卡经过光纤模块使用光纤传输信号给计算机。本发明的雷电流参数检测设备通过多组位于不同位置的测量线圈利用时差法进行雷电流的定位，可以确定小区域内地闪密度，提高了测量的全面性。

Description

一种雷电流参数检测设备及监测定位方法

技术领域

本发明涉及了一种雷电流测量装置，具体涉及一种既可以测量雷电流参数又可以对雷电流定位的的检测设备及监测定位方法。

背景技术

传统的磁钢棒法、磁带法和罗氏线圈法仅能测量雷电流幅值，且测量不够简便，不能满足实时监控的要求，仅可分析特定避雷针附近雷电流的幅值特性。

在输电线路上安装磁钢棒等设备仅能检测输电线路附近的落雷密度，而对于其他领域使用此法还需电力部门的配合，并不能广泛推广到各个领域应用。且磁钢棒法易受到环境影响，剩磁的检测方法对结果的影响也较大，误差一般可达10％-30％。所以此种方法推广性较差。

使用ADTD地闪定位系统通过采集闪电回击放电的特征参量，通过多个测量站同时测量闪电回击电磁场确定。但此类系统定位范围较大，探测范围平均为0～600km，通常适用于一个市区较大范围内的雷电监测及定位，并不适用与小范围监测。

发明内容

本申请的发明目的在于解决目前的雷电流测量设备存在的上述技术问题，而提供一种准确性高，既可以测量雷电流参数又可以对小区域范围内的雷电流进行定位的雷电流参数检测设备及监测定位方法。

为了完成本申请的发明目的，本申请采用以下技术方案：

本发明的雷电流参数检测设备，包括依次串联的测量线圈、调压模块、数据采集卡、光纤模块和计算机，所述测量线圈包括多个并联的量程不同的线圈，所述线圈包括直线型骨架，所述直线型骨架上均匀缠绕着漆包线构成空心单层直线式线圈，所述测量线圈通过电缆连接调压模块和数据采集卡，所述数据采集卡经过光纤模块使用光纤传输信号给计算机。

本发明所述线圈内部设有匹配电阻，所述匹配电阻使用环氧树脂浇注集成到所述线圈内，所述匹配电阻串入线圈电缆首端的芯线中，所述匹配电阻和线圈使用BNC接头与外部连接。

本发明所述多个并联的量程不同的线圈外部设置保护盒，所述保护盒垂直漆包线方向上开槽，槽内放置所述多个线圈屏蔽外部磁场。

本发明所述直线型骨架采用非铁磁性材料制成，所述数据采集卡及光纤模块由太阳能供电系统供电。

本发明还提供一种雷电流监测定位方法，使用上述的雷电流参数检测设备，其特征在于：包括以下步骤：

(1)提供三套所述雷电流参数检测设备，将三套所述雷电流参数检测设备的测量线圈分别布置到指定区域外围，每个测量线圈均可测得雷电流参数；

(2)根据每个测量线圈测得的波形原点时间差和测量线圈之间的距离，利用时差法确定雷击点定位。

本发明的三个所述测量线圈分别为线圈A、线圈B和线圈C，所述步骤(2)中监测定位方法如下：

(1)通过线圈A和线圈C的测量数据获得两个线圈雷击信号的时差，测出线圈A和线圈C的距离，根据时差法计算出线圈A和线圈C之间的雷击点曲线；

(2)使用与步骤(1)相同的方法计算出线圈B和线圈C之间的雷击点曲线以及线圈A和线圈B之间的雷击点曲线，三次测量得到的雷击点曲线的交点即为雷击点，完成雷电流定位。

本发明的雷电流参数检测设备与现有技术相比区别在于：本发明的雷电流参数检测设备通过使用一组不同量程的线圈，提高雷电流幅值的测量精度，通过匹配电阻和调压电路，使用数字采集卡采集雷电流波形，从而可以获得雷电流的发生时间、波形及波形特性参数。通过安装四组线圈使用时差法通过波形对雷电流进行定位，得到一个较小区域内的雷电流密度及幅值分布，并通过设备的长期运行得到较小区域内雷电流各项特性参数，在电气、燃气、建筑等各个领域都有十分广泛的应用。

本发明的雷电流参数检测设备及监测定位方法具有以下优点：

1)通过多组线圈测量雷电流，可以减小测量数据的分散性，很大程度提高了测量精度。

2)现有的雷电流测量法并不能实现雷电流定位功能，小区域内的地闪密度是雷电流特性中的重要参数，对防雷保护有重大意义。因此，通过多组位于不同位置的线圈利用时差法进行雷电流的定位，可以确定小区域内地闪密度，提高了测量的全面性。

3)整个测量系统封装良好，保证了各个模块之间的独立性，便于现场安装和维护，使用独立电源对数据采集卡及光电模块供电，没有电源限制，增大了设备安装使用的便利性。

4)利用光纤将数据传入室内，通过计算机进行自动储存分析，减少了人为采集数据的需要，便于提取数据进行研究。

附图说明

图1是本发明的雷电流参数检测设备整体结构示意图；

图2是本发明的雷电流参数检测设备的线圈结构示意图；

图3是本发明利用时差法进行雷击点定位的原理示意图。

具体实施方式

如图1-2所示，本实施例的雷电流参数检测设备包括依次串联的测量线圈、调压模块、光纤模块和数据采集卡，其中，测量线圈包括多个并联的量程不同的线圈，参见图2，线圈包括直线型骨架1，直线型骨架1上均匀缠绕着漆包线2构成空心单层直线式线圈，由于电缆的传输需要考虑波过程，以及采集卡的输入电压范围，需要在线圈输出电压后增加匹配电阻及调压模块进行数据采集，具体地，根据设计参数绕制线圈(设计线圈的输出电压为一百到几百伏并尽可能大)，将匹配阻抗集成于线圈中，使用环氧树脂进行浇注。

为了屏蔽外部磁场，多个并联的量程不同的线圈外部使用保护盒保护，保护盒在垂直漆包线方向上开槽切断，线圈放置在槽内。

如图1所示，测量线圈通过电缆连接调压模块和数据采集卡，数据采集卡经过光纤模块使用光纤传输信号给计算机，具体地，整体线圈及匹配阻抗与外部使用BNC接头进行连接，BNC接头通过电缆连接调压模块和数据采集卡，数据采集卡传输信号给计算机，通过计算机记录并储存雷电流发生的时间、幅值、波形等参数，为了保证信号在长距离传输过程中减少外界杂散信号的干扰，通过光纤模块使用光纤传输信号，光纤模块的作用就是光电转换，即发送端把数据采集卡传输来的电信号转换成光信号，通过光纤传送后，接收端再把光信号转换成电信号传输给计算机，整体检测设备使用太阳能光伏电池供电，防止干扰信号从电源侧侵入，保证测量系统的独立性及持续运行。

如图1所示，雷电流会在雷击点(例如雷击中避雷塔)周围产生强磁场，由于雷电流幅值变化范围较大，幅值范围大约为20kA-60kA，所以需要使用多个量程不同的线圈感应雷电流产生的磁场，如果雷电流幅值较大，则量程小的线圈截止，以量程大的线圈测量结果为准，如果雷电流幅值较小，则以量程小的线圈测量结果为准，从而提高系统测量精度。本实例的雷电流检测设备可根据实际需要确定量程不同的线圈的个数，具体设计时，多个量程不同的线圈并联。

如图3所示，本实施例还提供一种监测定位方法，使用上述雷电流参数检测设备，至少需要三个线圈，具体步骤如下：

(1)提供三套雷电流参数检测设备，将三套雷电流参数检测设备的测量线圈分别布置到指定区域外围，每个测量线圈均可测得雷电流参数；

(2)根据每个测量线圈测得的波形原点时间差和测量线圈之间的距离，利用时差法确定雷击点定位。

时差法根据雷击传播到两个测量线圈有时间差，所以两个测量线圈响应的时间不同，另外两个测量线圈之间的距离已知，即可测量雷击发生的位置。

具体地，参见图3，三个测量线圈分别为线圈A、线圈B和线圈C，首先通过线圈A和线圈C的测量数据获得两个线圈雷击信号的时差，测得两个线圈的距离，根据时差法计算出两个线圈之间的雷击点曲线，例如，以直线AC为x轴，AC中垂线为y轴建立直角坐标系，根据测量的时间差及光速确定雷击点到AC之间的差为2a,AC距离为2c，可得双曲线方程x²/a²-y²/b²＝1，雷击点便是该双曲线上的一点；

(2)使用与步骤(1)同样的方法计算出线圈B和线圈C以及线圈A和线圈B的雷击点曲线；

(3)通过步骤(1)和(2)可以获得三条雷击点的双曲线，三条双曲线的共同交点p为雷击点，完成雷电流定位。

以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的精神的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (6)

1.一种雷电流参数检测设备，其特征在于：包括依次串联的测量线圈、调压模块、数据采集卡、光纤模块和计算机，所述测量线圈包括多个并联的量程不同的线圈，所述线圈包括直线型骨架，所述直线型骨架上均匀缠绕着漆包线构成空心单层直线式线圈，所述测量线圈通过电缆连接调压模块和数据采集卡，所述数据采集卡经过光纤模块使用光纤传输信号给计算机。

2.根据权利要求1所述的雷电流参数检测设备，其特征在于：所述线圈内部设有匹配电阻，所述匹配电阻使用环氧树脂浇注集成到所述线圈内，所述匹配电阻串入线圈电缆首端的芯线中，所述匹配电阻和线圈使用BNC接头与外部连接。

3.根据权利要求2所述的雷电流参数检测设备，其特征在于：所述多个并联的量程不同的线圈外部设置保护盒，所述保护盒垂直漆包线方向上开槽，槽内放置所述多个线圈屏蔽外部磁场。

4.根据权利要求3所述的雷电流参数检测设备，其特征在于：所述直线型骨架采用非铁磁性材料制成，所述数据采集卡及光纤模块由太阳能供电系统供电。

5.一种雷电流监测定位方法，使用如权利要求4所述的雷电流参数检测设备，其特征在于：包括以下步骤：

(1)提供三套所述雷电流参数检测设备，将三套所述雷电流参数检测设备的测量线圈分别布置到指定区域外围，每个测量线圈均可测得雷电流参数；

(2)根据每个测量线圈测得的波形原点时间差和测量线圈之间的距离，利用时差法确定雷击点定位。

6.根据权利要求5所述的雷电流监测定位方法，其特征在于：三个所述测量线圈分别为线圈A、线圈B和线圈C，所述步骤(2)中监测定位方法如下：

(1)通过线圈A和线圈C的测量数据获得两个线圈雷击信号的时差，测出线圈A和线圈C的距离，根据时差法计算出线圈A和线圈C之间的雷击点曲线；

(2)使用与步骤(1)相同的方法计算出线圈B和线圈C之间的雷击点曲线以及线圈A和线圈B之间的雷击点曲线，三次测量得到的雷击点曲线的交点即为雷击点，完成雷电流定位。