CN107015109B - 一种基于opgw的输电线路感应雷与直击雷的识别方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，它包括:步骤1、采集OPGW光纤中感应的雷击信号；步骤2、判断雷击信号的峰值是否大于阈值v1；步骤3、判断雷击信号在波头附近时间段阈值t1内的震荡频率是否大于阈值A，平均震荡峰值幅度是否大于阈值B；步骤4、判断雷击信号的信号频谱分布图在频率阈值f1之后的能量占比C是否大于90％；步骤5、判断雷击信号是否呈缓慢的(小阻尼)震荡衰减；步骤6、判断雷击信号持续时间是否大于时间阈值t2；步骤7、如果步骤2‑6的判断结果均为是则为直击雷；否则为感应雷；解决了存在成本较高、安装复杂；难以辨别感应雷与直击雷等技术问题。
Description
技术领域
本发明属于电力系统在线监测雷击识别技术领域，尤其涉及一种基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法。
背景技术
高压输电系统线路长、经过的地域环境十分复杂、沿途气候差别较大致使输电线路很容易遭受雷击，而随着电压等级越来越高，输电线路杆塔的高度也在不断提高，输电线路雷击故障越来越频繁，运行经验表明，由雷击引起的输电线路跳闸在线路故障总数中占比较大，是线路绝缘事故的主要原因之一，因此加强输电线路的雷电防护对保证电力系统安全稳定运行有重要意义。而辨识线路雷击故障类型，可以为防雷设计提供可靠的数据，制订经济有效的防雷措施，并为改善线路绝缘配合提供依据。
目前国内外学者对输电线路的雷击故障识别进行了大量的研究，并取得了一定成果，现有的雷击识别方法主要提取以下几个特征进行考虑：故障电流幅值、时域波形法、故障电流能量谱和母线电压信号特征。有文献提出利用三相电压波形识别雷击种类的方法，识别精度有待检验；有文献提出利用绝缘子电位差和杆塔入地电流识别雷电绕击与反击，此方法成本较高、安装复杂；有文献提出利用输电线路三相暂态电流特征来进行识别，但该方法只能识别出雷击故障与非雷击故障，难以辨别感应雷与直击雷；目前，对雷击输电线路雷击的识别方法主要是基于行波法，而雷击输电线路会引入高频分量，过电压信号具有时变非平稳性，且波形易衰减和畸变，简单的时域特征量受故障条件及线路运行状态的影响很大。
发明内容：
本发明要解决的技术问题：提供一种基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，以解决现有技术的雷击识别方法采用绝缘子电位差和杆塔入地电流识别雷电绕击与反击，存在成本较高、安装复杂；采用输电线路三相暂态电流特征来进行识别，但该方法只能识别出雷击故障与非雷击故障，难以辨别感应雷与直击雷；采用基于行波法存在雷击输电线路会引入高频分量，过电压信号具有时变非平稳性，且波形易衰减和畸变，简单的时域特征量受故障条件及线路运行状态的影响很大等技术问题。
本发明技术方案：
一种基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，它包括:
步骤1、采集OPGW光纤中感应的雷击信号；
步骤2、判断雷击信号的峰值是否大于阈值v1；
步骤3、判断雷击信号在波头附近时间段阈值t1内的震荡频率是否大于阈值A，平均震荡峰值幅度是否大于阈值B；
步骤4、判断雷击信号的信号频谱分布图在频率阈值f1之后的能量占比C是否大于90％；
步骤5、判断雷击信号是否呈缓慢的(小阻尼)震荡衰减；
步骤6、判断雷击信号持续时间是否大于时间阈值t2；
步骤7、如果步骤2-6的判断结果均为是则为直击雷；否则为感应雷。
步骤2所述阈值v1，是根据采集装置的放大倍数决定。
步骤3所述波头附近时间段阈值t1的取值为0.08ms～0.15ms，阈值A取值5kHz，阈值B取值0.3。
步骤4所述频率阈值f1为3kHz～4kHz。
步骤5所述判断雷击信号是否呈缓慢的震荡衰减的方法为：设判断信号震荡持续的幅度上下限为±0.01V，则从信号开始处的波头到波尾算起，计算震荡幅度超过±0.01V所持续的时间，是否大于时间阈值t2，阈值t2取值7ms～10ms。
本发明的有益效果：
本发明充分利用光纤复合架空地线OPGW中的光纤资源和分布式光纤传感器的高灵敏度探测的能力，获取光纤复合架空地线(OPGW)中光纤感应到的雷击信号，通过分析雷击信号的幅度，波头密集程度、信号的频谱、信号的变化趋势、波尾持续时间等特征来准确识别感应雷与直击雷；本发明是对OPGW中的雷击信号进行分析识别，避免了行波法中信号的衰减和畸变影响，提高了识别准确性，且该方法直接利用分布式光纤传感器，节约成本、易于实现；
附图说明：
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明感应雷信号波形图；
图3为本发明直击雷信号波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
结合附图1，一种基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，具体包括以下步骤：
步骤1：采集OPGW光纤中感应的雷击信号；
主要通过信号测量装置即分布式OPGW雷击监测系统中的光信号偏振态检测器、光电转换单元、高速采集卡等模块采集OPGW光纤中感应的雷击信号。
步骤2：判断雷击信号的峰值是否大于阈值v1；
步骤3、判断雷击信号在波头附近时间段阈值t1内的震荡频率是否大于阈值A，平均震荡峰值幅度是否大于阈值B；
首先结合气象数据判断采集到的是否为雷击信号，如果采集数据的时间段内，气象数据中没有雷击报告，则不是雷击信号；
如是雷击信号则判断信号峰值是否大于阈值v1，波头附近时间段阈值t1内是否有快速的、大幅度的震荡；判断方法为：震荡频率是否大于阈值A，平均震荡峰值幅度是否大于阈值B，一般直击雷的信号幅度都很大，感应雷信号的幅度有大有小，如果测得的信号幅度较小则不认为是直击雷，判断阈值v1根据信号测量装置的信号调理电路以及整体的放大倍数决定；假设光衰参数为1.8倍，电路放大倍数为0.45倍，接收端光功率为-23.9dBm，则阈值v1取值0.3；直击雷信号的幅度较大，且在信号的初始波头位置会有很快的大幅度的震荡，即短时间内会出现多个峰值，然后震荡衰减，阈值t1一般取值0.08ms～0.15ms，阈值A取值5kHz，阈值B取值0.3，参考附图1和附图2。
步骤4、判断雷击信号的信号频谱分布图在频率阈值f1之后的能量占比C是否大于90％；
判断雷击信号的信号频谱分布图在频率阈值f1之后是否还有较大的能量或较大的极值；以频率阈值f1为界，计算在0～f1频段雷击信号的能量占比C，如果能量占比C≥90％说明该信号主要为低频信号，则为感应雷；如果能量占比C﹤90％，则为直击雷；感应雷信号的频谱分布图中信号的能量主要分布在频率f1以下，而直击雷在频率f1以上仍有较大极值的频段分布，频率阈值f1一般取3kHz～4kHz。
步骤5、判断雷击信号是否呈缓慢的(小阻尼)震荡衰减；
判断信号是否呈缓慢的(小阻尼)震荡衰减，设判断信号震荡持续的幅度上下限为±0.01V，则从信号开始处的波头到波尾算起，计算震荡幅度超过±0.01V所持续的时间，直击雷信号幅度大，且持续时间较长，一般会呈逐步震荡衰减趋势而不是很快衰减如附图3所示的直击雷信号；感应雷信号峰值幅度较小，信号震荡的持续时间也较小，如附图2所示的感应雷信号。
步骤6、判断雷击信号持续时间是否大于时间阈值t2；
判断信号持续时间是否大于时间阈值t2，直击雷一般持续时间较长，感应雷较短，阈值t2一般取值7ms～10ms。
步骤6：将以上判断条件和阈值进行比较，辨识出感应雷与直击雷，参考附图1。
本文所述的具体实施例只是用于帮助理解本发明的方法和核心思想，仅仅是对本发明精神思想做举例说明，本发明所属领域的技术人员，可以依据本发明的思想在具体实施方式和应用范围上做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (5)
1.一种基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，它包括:
步骤1、采集OPGW光纤中感应的雷击信号；
步骤2、判断雷击信号的峰值是否大于阈值v1；
步骤3、判断雷击信号在波头附近时间段阈值t1内的震荡频率是否大于阈值A，平均震荡峰值幅度是否大于阈值B；
步骤4、判断雷击信号的信号频谱分布图在频率阈值f1之后的能量占比C是否大于90%；
步骤5、判断雷击信号是否呈缓慢的震荡衰减；
步骤6、判断雷击信号持续时间是否大于时间阈值t2；
步骤7、如果步骤2-6的判断结果均为是则为直击雷；否则为感应雷。
2.根据权利要求1所述的基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，其特征在于：步骤2所述阈值v1，是根据采集装置的放大倍数决定。
3.根据权利要求1所述的基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，其特征在于：步骤3所述波头附近时间段阈值t1的取值为0.08ms~0.15ms，阈值A取值5kHz，阈值B取值0.3。
4.根据权利要求1所述的基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，其特征在于：步骤4所述频率阈值f1为3kHz~4kHz。
5.根据权利要求1所述的基于OPGW的输电线路感应雷与直击雷的识别方法，其特征在于：步骤5所述判断雷击信号是否呈缓慢的震荡衰减的方法为：设判断信号震荡持续的幅度上下限为±0.01V，则从信号开始处的波头到波尾算起，计算震荡幅度超过±0.01V所持续的时间，是否大于时间阈值t2，阈值t2取值7ms~10ms。
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