CN107271794A - 适用于配电网的雷电探测方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种适用于配电网的雷电探测方法，该方法为：在探测点探测多种信号；利用甚低频信号、低频信号和磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量进行磁定向，判断雷电发生方位；利用甚低频信号、低频信号进行波形鉴别，并辅以利用可见光信号的一致性鉴别，判断雷电类型；利用甚低频信号、甚高频信号进行时域微分比对，以分别确定它们的衰减程度，再利用它们的衰减程度的比例来确定雷电相对距离。本发明的仅需在一个探测点进行多种信号的探测，并基于这些信号来确定雷电的相关参数，从而对雷电进行探测，可以获得精度更好的雷电数据，提高雷电探测的精度，且探测过程得到简化，易于实现。

Description

适用于配电网的雷电探测方法和装置

技术领域

本发明涉及一种适用于配电网的雷电探测方法以及采用该方法的雷电探测装置。

背景技术

目前全球气候变化趋势明显，极端气候增多，雷电活动比以往更加频繁剧烈。雷电一直是危害电网安全的重大自然因素。每年美国百分之三十以上停电事故，欧洲一半以上电网扰动及停电事故由雷电导致。在我国，沿海省份有一半以上的停电事故由雷电导致。往往夏季一次雷暴可以导致一个地区级电网几百条次的供电线路跳闸，造成大量用户失电。在用电高峰日期，也可能对电网造成大范围冲击，导致大面积停电。雷害可以通过各种手段被最小化，但难以完全消除。电网规模庞大，小概率依然数量可观。在实际运行中，目前还没有绝对可靠的防雷手段。因此针对电网进行有效雷电预警，提前采取预防性措施尤为重要。而雷电预警的基础是对雷电进行探测和追踪，包括确定雷电发生的方位和距离，以及判断雷电的类型。

现有技术中，往往仅关注云对地闪电，并利用多点探测而基于各点探测信号的时间差来确定雷电距离。一方面，该方法需要在多个探测点设置相应的探测装置，较为繁琐，另一方面，该方法的误差较大，难以达到精确探测雷电的目的。

发明内容

本发明的目的是提供一种能够提高雷电探测精度、降低雷电探测繁琐程度的适用于配电网的雷电探测方法。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种适用于配电网的雷电探测方法，该方法为：

在探测点探测多种信号，所述信号包括分别探测雷电产生的甚低频信号、低频信号、高频信号、可见光信号以及所述探测点处的磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量；

利用所述甚低频信号、所述低频信号和所述磁场南北分量、所述磁场东西分量、所述电场垂直分量进行磁定向，以判断雷电的发生方位；

利用所述甚低频信号、所述低频信号进行波形鉴别，并辅以利用所述可见光信号进行的一致性鉴别，以判断雷电的类型；

利用所述甚低频信号、所述甚高频信号进行针对其衰减情况的时域微分比对，以确定所述甚低频信号的衰减程度和所述甚高频信号的衰减程度，再利用所述甚低频信号的衰减程度与所述甚高频信号的衰减程度的比例来确定雷电的相对距离。

优选的，在所述探测点设置复合传感天线，所述复合传感天线包括用于探测所述低频信号、所述甚低频信号、所述磁场南北分量、所述磁场东西分量、所述电场垂直分量、所述可见光信号的主天线以及用于探测所述高频信号的高频天线。

优选的，设置多根所述高频天线，且各所述高频天线环绕设置在所述主天线周围。

优选的，设置四根所述高频天线，且四根所述高频天线均布在所述主天线的四周。

优选的，将所述甚低频信号、所述低频信号分别与已知的雷电甚低频信号波形、雷电低频信号波形进行波形比对，从而获得雷电的类型，进一步利用所述可见光信号进行鉴别，确认雷电的类型。

优选的，将所述甚低频信号、所述甚高频信号分别与对应频率的已知时域衰减信号波形进行比对，从而获得所述甚低频信号的衰减程度和所述甚高频信号的衰减程度，再将所述甚低频信号的衰减程度与所述甚高频信号的衰减程度的比例与对应频率的已知衰减程度比例与距离的关系进行比对，从而确定雷电的相对距离。

优选的，利用GPS时钟确保所述甚低频信号、所述低频信号、所述高频信号、所述可见光信号的同步性。

本发明还提供一种采用上述适用于配电网的雷电探测方法的雷电探测装置，所述雷电探测装置包括用于探测多种所述信号的复合传感天线、与所述复合传感天线相连接而基于探测到的多种所述信号判断雷电的发生方位、判断雷电的类型、确定雷电的相对距离的计算机。

优选的，所述复合传感天线包括用于探测所述低频信号、所述甚低频信号、所述磁场南北分量、所述磁场东西分量、所述电场垂直分量、所述可见光信号的主天线以及用于探测所述高频信号的高频天线。

优选的，所述主天线包括由正交环状天线和电场天线构成的第一部分和由光传感器构成的第二部分，所述第二部分设置于所述第一部分的顶端。

由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点：本发明的仅需在一个探测点进行多种信号的探测，并基于这些信号来确定雷电的相关参数，从而对雷电进行探测，可以获得精度更好的雷电数据，提高雷电探测的精度，且探测过程得到简化，易于实现。

附图说明

附图1为本发明的适用于配电网的雷电探测装置的示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。

实施例一：

如附图1所示，一种适用于配电网的雷电探测装置，主要包括复合传感天线和计算机。复合传感天线设置在室外的一个探测点处，并用于探测多种信号。计算机与复合传感天线相信号连接，从而能够基于复合传感天线所探测到的多种信号来判断雷电的发生方位、判断雷电的类型、确定雷电的相对距离（即雷电发生处与探测点之间的距离）。负荷传感天线所探测的信号包括雷电产生的甚低频信号、低频信号、高频信号、可见光信号以及探测点处的磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量。

复合传感天线包括主天线和高频电线。主天线居于中心位置，由第一部分和第二部分组成，其中，第一部分有正交环状天线和电场天线构成，而第二部分由光传感器构成。对于光传感器，由于光线直线传播，要求其安装位置不能有大面积遮挡，故第二部分设置于第一部分的顶端。该主天线用于探测低频信号、甚低频信号、磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量、可见光信号。高频天线设置在主天线的周边区域，大致与主天线同向。高频天线用于探测高频信号。通常可以设置多根，如四根高频天线，这四根高频天线环绕均布于主天线周围的四个方向上，从而当雷电发生时可以通过四根高频天线同时接收一个高频信号，选用其中较强的一个高频信号。

上述雷电探测装置采用多向量光磁复模感应技术来实现对雷电的探测。具体的，该雷电探测装置采用的雷电探测方法为：

（1）在一个探测点设置上述雷电探测装置并探测多种信号，这些信号包括分别探测雷电产生的甚低频信号、低频信号、高频信号、可见光信号以及探测点处的磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量。在探测信号时，利用GPS时钟确保甚低频信号、低频信号、高频信号、可见光信号的同步性。

（2）利用甚低频信号、低频信号和磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量进行磁定向，以判断雷电的发生方位。将采集到的甚低频信号、低频信号通过模拟前端放大、滤波、模数转换和同步采用等初步处理后，即可利用上世纪70年代末发展起来的技术磁定向，来判断雷电发生的方位。

（3）利用甚低频信号、低频信号进行波形鉴别，并辅以利用可见光信号进行的一致性鉴别，以判断雷电的类型。即将甚低频信号、低频信号分别与已知的雷电甚低频信号波形、雷电低频信号波形进行波形比对，从而获得雷电的类型，进一步利用可见光信号进行鉴别，确认雷电的类型。

不同类型的雷电均具有对应的典型波形，通过波形鉴别即可甄别出云间闪电。对于大部分云间闪电，通过波形鉴别即可有效探测和区分，当然此时可可以辅以可见光信号的鉴别。而对于一部分非典型波形，仅按照波形鉴别难以完全确认类型时，则必须通过光传感器探测的可见光信号来进行辅助确认。通过波形鉴别结合可见光探测做一致性判断，可以提高云间闪电识别率和探测效率，可以减少漏报、误报率。

结合可见光信号鉴别的局限性在于：由于光的直线传播，对于光传感器的安装位置有要求，不能有大面积遮挡，且单个光传感器对云间闪电不能测定方向。

（4）利用甚低频信号、甚高频信号进行针对其衰减情况的时域微分比对，以确定甚低频信号的衰减程度和甚高频信号的衰减程度，再利用甚低频信号的衰减程度与甚高频信号的衰减程度的比例来确定雷电的相对距离（即雷电发生位置与探测点之间的距离）。

经过同步采样、滤波、模数转换，高频信号经过数字处理及同比例放大，先将甚低频信号、甚高频信号分别与对应频率的已知时域衰减信号波形进行比对，从而获得相同时间内甚低频信号的衰减程度和甚高频信号的衰减程度（即变化比例），并可以分别基于甚低频信号、甚高频信号而确定出信号传播时间范围，再根据各自信号的传播时间范围和信号传播速度，即可确定出各自对应初步的雷电相对距离。

不同频率的信号随距离的衰减程度的比例情况是已知的，通过前述过程可以获得甚低频信号的衰减程度与甚高频信号的衰减程度的比例，再将该甚低频信号的衰减程度与甚高频信号的衰减程度的比例与对应频率的已知衰减程度比例与距离的关系进行比对，进而在初步雷电相对距离的基础上进一步确定雷电的相对距离，完成测距。

根据信号的衰减情况来对雷电探测和测距的方法是已有的，但现有的做法是仅测定一个频率的信号用作探测和测距，因此误差较大。而本方案中，分别利用了甚低频信号和甚高频信号这一广谱分频探测方式。一般云地闪电回击释放以低频甚低频为主的辐射信号，同时也释放一部分高频甚高频信号。四根高频天线主要接受甚高频部分雷电信号，选取其中较强的一路高频信号，同时结合前面主天线接受的甚低频信号，来进行闪电位置的测距。

这种方法的局限性在于：由于高频信号相对于低频甚低频信号而言不能远距离传输，因此探测半径一般不能够超过100公里。超出这个距离，一方面高频信号受地形的影响较大，还原波形困难，不能够作为精确的参照；另一方面由于低频天线磁定向的角度存在固有误差，半径过大则定位误差过大。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：所述雷电探测方法为：

在探测点探测多种信号，所述信号包括分别探测雷电产生的甚低频信号、低频信号、高频信号、可见光信号以及所述探测点处的磁场南北分量、磁场东西分量、电场垂直分量；

利用所述甚低频信号、所述低频信号和所述磁场南北分量、所述磁场东西分量、所述电场垂直分量进行磁定向，以判断雷电的发生方位；

利用所述甚低频信号、所述低频信号进行波形鉴别，并辅以利用所述可见光信号进行的一致性鉴别，以判断雷电的类型；

利用所述甚低频信号、所述甚高频信号进行针对其衰减情况的时域微分比对，以确定所述甚低频信号的衰减程度和所述甚高频信号的衰减程度，再利用所述甚低频信号的衰减程度与所述甚高频信号的衰减程度的比例来确定雷电的相对距离。

2.根据权利要求1所述的适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：在所述探测点设置复合传感天线，所述复合传感天线包括用于探测所述低频信号、所述甚低频信号、所述磁场南北分量、所述磁场东西分量、所述电场垂直分量、所述可见光信号的主天线以及用于探测所述高频信号的高频天线。

3.根据权利要求2所述的适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：设置多根所述高频天线，且各所述高频天线环绕设置在所述主天线周围。

4.根据权利要求3所述的适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：设置四根所述高频天线，且四根所述高频天线均布在所述主天线的四周。

5.根据权利要求1所述的适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：将所述甚低频信号、所述低频信号分别与已知的雷电甚低频信号波形、雷电低频信号波形进行波形比对，从而获得雷电的类型，进一步利用所述可见光信号进行鉴别，确认雷电的类型。

6.根据权利要求1所述的适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：将所述甚低频信号、所述甚高频信号分别与对应频率的已知时域衰减信号波形进行比对，从而获得所述甚低频信号的衰减程度和所述甚高频信号的衰减程度，再将所述甚低频信号的衰减程度与所述甚高频信号的衰减程度的比例与对应频率的已知衰减程度比例与距离的关系进行比对，从而确定雷电的相对距离。

7.根据权利要求1所述的适用于配电网的雷电探测方法，其特征在于：利用GPS时钟确保所述甚低频信号、所述低频信号、所述高频信号、所述可见光信号的同步性。

8.一种采用权利要求1所述的适用于配电网的雷电探测方法的雷电探测装置，其特征在于：所述雷电探测装置包括用于探测多种所述信号的复合传感天线、与所述复合传感天线相连接而基于探测到的多种所述信号判断雷电的发生方位、判断雷电的类型、确定雷电的相对距离的计算机。

9.根据权利要求8所述的雷电探测装置，其特征在于：所述复合传感天线包括用于探测所述低频信号、所述甚低频信号、所述磁场南北分量、所述磁场东西分量、所述电场垂直分量、所述可见光信号的主天线以及用于探测所述高频信号的高频天线。

10.根据权利要求9所述的雷电探测装置，其特征在于：所述主天线包括由正交环状天线和电场天线构成的第一部分和由光传感器构成的第二部分，所述第二部分设置于所述第一部分的顶端。