CN1097732C - 一种雷击检测评价方法及其设备 - Google Patents
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Abstract
一种电力，电信系统中的雷击检测和评价方法及其设备，该方法包括实时检测、记录各级避雷装置放电时地线上的峰值电流P；用比较法检测雷击持续时间T；计算PT乘积作为受雷击强度；根据该雷击强度值评价避雷装置效果和系统是否受损及其受损程度，并及时确定故障的存在和报警。从而克服以往系统维护和雷击保护中存在的盲目性，达到提高系统运行可靠性的目的。本发明硬件简单，不影响原设备使用，可靠性高，颇为实用。
Description
本发明涉及电力、电信系统中的一种雷击检测方法及其设备。
在电力、电信等对雷击敏感系统中，要求系统具有极高的可靠性，然而由于雷击具有分布范围广、强度大、发生地点、时间不确定等特点，以致很难实现对雷击的可靠预防。另一方面，雷击对这些系统的危害性则是众所周知和显而易见的，因此，如何检测雷击发生时雷击的强度、避雷装置的保护效果，从而正确估价系统的受损程度，对系统维护和安全运行有着重大的现实意义。然而，在目前的电力电信系统中，对雷击缺乏检测手段，无法对与雷击有关的参数进行测量，无法评价雷击的发生、设备的受损程度和原因、避雷装置的效果，从而使得系统维护和雷击保护措施方面存在一定的盲目性。
本发明的目的即为克服现有技术的上述问题，提供一种简易地进行实时检测、记录和告警的雷击检测方法和装置，以便在不影响原设备的前提下，完成雷击检测，正确评价雷击后运行系统的受损程度，避雷装置可靠性和老化程度，从而可进一步改善系统抗雷击性能和大大提高系统的可靠性。
本发明方法及其设备是基于对雷击电流的模型分析，由于雷击电流具有持续时间短、信号幅度又高达几百到几千安培，与线路上正常电流波形有很大区别，因此在传感器上可得到不易受干扰而又完整的雷击信号。另一方面，雷击电流模型分析表明雷击电流无论其强度大小，均具有相似的波形——如图1a所示，因此，本发明采用分别检测电流峰值和持续时间，再将两者相乘的乘积作为雷击强度的近似值。
为实现上述目的，本发明的雷击检测方法包括：
(1)检测、记录避雷装置放电时，地线上的峰值电流；
(2)检测计算雷击持续时间；
(3)将步骤(1)和(2)的结果相乘，计算受雷击强度值；
(4)根据步骤(3)的计算结果，评价避雷装置的效果和系统是否受损及受损程度，并适时确定故障的存在和发出告警信号，以便操作人员及时排除故障。
上述步骤(4)可包括：
a)将步骤(3)的计算结果向系统维护中心上报，以作为历史记录的存档数据，供人工分析之用；
b)根据系统各装置维持正常工作而能承受的最大雷击强度设定告警门限值；
c)当步骤(3)的计算结果大于所述告警门限值时，将此比较结果信号作为本地告警信号和系统设备维护中心的告警信号。
为实现本发明上述方法的雷击检测设备包括：
A、用于检测所述避雷装置地线上电流的雷击传感器(TrA，TrB)；
B、用于接收所述雷击传感器输出信号，并将其转换成电压和加以放大的信号变换装置(303A，303B)；
C、接收所述信号变换装置的输出信号，并对其进行前置处理的信号采集装置(304)；
D、接收所述信号采集装置的输出信号，并对其进行计算分析的计算分析处理单元(305)；
E、接收所述计算分析处理单元的输出数据，并将其传送给所述系统维护中心的输出装置(307、408)；
F、用于接收所述计算分析处理单元的告警输出信号，以表示所述系统和/或所述避雷装置存在故障的报警装置。
本发明的上述雷击检测方法和设备，由于通过对雷击在地线上引起电流的间接测量，因而其优点是：硬件简单，不影响原设备使用，适用范围广，在测量和记录被测系统雷击强度和频度的同时，还可对避雷装置效果进行监测，对避雷装置老化等故障进行实时记录和告警，作为系统和原设备维护分析的重要依据，从而可大大提高系统的可靠性。
现结合附图详细说明本发明雷击测量方法和设备的实施例。
附图中：
图1a～1d是说明根据本发明方法的一个实施例中雷击信号处理的时序图；其中图1a是雷击电流波形，图1b是峰值采样波形，图1c是雷击脉宽计数波形，图1d是雷击处理后的放电波形；
图2a、2b是本发明雷击检测方法一个实例的信号处理流程图；
图3是实现本发明方法的一个雷击检测系统实例的结构方框示意图；
图4是说明图3所示实施例中对一路被测信号进行处理的雷击检测设备的结构原理图。
图1示出了说明本发明方法及其设备的一个实施例的雷击信号处理时序。图中各时刻分别代表：
t0：雷击发生时刻，
t1：雷击电流达到设定阈值时刻，
t2：达到电流峰值时刻，
t3：电流小于设定阈值时刻，
t4：信号处理装置完成处理的时刻。
由该图可见，当t0时刻发生雷击时，便由传感器起动信号采集装置，对图1a所示雷击电流进行采集(其采集波形如图1b所示)，同时给雷击电流波形设定一直流比较电平，即阈值AA`，并对t1至t3间大于、等于该阈值AA`的雷击电流波形宽度W进行脉宽计数(其波形C如图1c所示)。此后，信号处理装置在t3-t4时段对该信号C进行计算处理，形成如图1d所示信号D，而在t4时刻，信号处理装置对信号采集装置放电，该信号D作为信号处理装置的中断信号。
图2a和2b示出本发明方法的一个实例的信号处理流程。
本例中用CPU作为雷击信号处理装置，图2a为其主程序的流程图，图2b为中断程序IE的流程图。
参见图2a和2b，步骤S2是中断数据通信区，由图2b所示中断程序IE中的步骤S205提供，即，一旦传感器检测到雷击电流，即开始中断程序IE(S201)，设被测系统有N级避雷装置，即有N个被测点，则在步骤S201，设n＝1，再在步骤S202，取第n(n为≥1的整数)级峰值电流P。接着在步骤S203，取第n级时间T，在步骤S204计算雷击强度：Str＝P.T，在S205，将该计算值Str填入主程序中的“中断数据通信区”，接着在S206进行n＝n+1的操作，接着在S207判断n是否小于实际通路数N，若其结果为“是”，则中断程序循环返回至S202，若判断结果为“否”，则执行S208，返回主程序。
图3示出将本发明雷击检测设备应用于深圳华为公司C&T9005电信网测试系统中的环境监测模块时的结构示意图。由图可见，被测信号采集点为配线架301的地线和交换机302的地线两处，当雷击发生后，在配线架301上，雷击电流一部分通过其上的避雷装置入地，另一部分通过用户线进入交换机302，进入交换机的雷击电流通过交换机的设备入地，可能造成损害的雷击电流必定是通过交换机的那部分，雷击检测设备313检测两者的绝对强度。该雷击检测设备313包括分别对应上述两采集点的雷击传感器TrA和TrB及其信号变换器303A和303B，感测雷击电流信号并将其变换成峰值采样信号，再输入信号采集和A/D变换器304，分别采集两被测点采样信号的峰值和保持时间，并将其变换成数字信号后再输入CPU(中央处理单元)305，计算雷击强度值，并与设定值比较以判定避雷装置是否有故障，若一旦判定为有故障，即给本地告警接口306和数据通信接口307发出告警信号，以便在本地发声，光告警信号和通知系统维护中心发告警信号。
图4更详细地示出了图3所示本发明实施例中处理一路被测雷击信号的设备结构及其在整个测试系统中所处的位置。参见该图，图中G端表示被测端，雷击传感器TrB感测到的电流信号送到环境监测模块413，经运放A1变换成电压并放大，经运放A2、A3，C1实现峰值保持，经运放A5到计数器401进行脉宽计数，经A/D转换器404转换后，经数据总线414送至CPU 406，由其软件计算出雷击强度，经串口408送至测试系统其他部分的通信转换设备410，通过测试系统的广域网415，送到电信设备维护中心411，同时经告警输出装置407送到本地告警箱409，在本地进行声光告警。
图中与信号保持电容C1并联的开关403，受CPU 406完成计算时(t4)发出的信号控制而闭合放电。而开关402为多路采样切换开关。图中锁存器405和运放A4为产生图1d中的中断信号D而设。
图中运放A1～A5选用转换速率大于5V/μS以上的高速运放，A4和A5的负端接参考电平Vref1。图中传感器TrB(TrA)为高频电流互感器，采用锰锌铁氧体环形磁芯，信号输入绕组从磁场中穿过，输出绕组在磁环上绕一定匝数，其匝数根据被测电流大小、采样装置灵敏度和传感器的频率响应要求来确定，采用变压器计算公式来计算。该传感器能很好地重现雷击电流。
以上虽结合实施例详细阐述了本发明方法的步骤和设备的结构，但本发明保护范围显然并不局限于此，因本领域的技术人员可能根据本发明上述构思作出各种显而易见的变更或改型，例如在防雷地线上采用其它型式的电流互感器来获得雷击信号；在信号转换部分采用高速A/D转换的信号采集方式来获得雷击电流波形；采用改进的雷击强度计算方法等类似雷击检测技术，故本发明保护范围应由包含其等同物的权利要求书来确定。
Claims (9)
1、一种对设置有避雷装置的敏感系统进行雷击检测和评价的方法，该方法包括以下步骤：
(1)检测、记录所述避雷装置放电时地线上的电流P；
(2)检测、记录雷击持续时间T；
(3)计算步骤(1)和(2)的测值乘积P.T作为所述装置受雷击强度值Str；
(4)根据算出的雷击强度值Str，评价所述避雷装置的效果和所述敏感系统是否受损及其受损程度，并适时确定故障的存在和告警。
2、如权利要求1的雷击检测和评价方法，其特征在于：
所述步骤(1)是用电平保持方式完成电流检测的；
所述步骤(2)是以所述地线上的雷击电流与最小雷击电流设定值相比较的方式完成雷击持续时间T的检测和记录的。
3、如权利要求1的雷击检测和评价方法，其特征在于：
所述步骤(4)可包括：
a)将所述步骤(3)计算出的雷击强度值Str上报给所述系统的设备维护中心，以作为历史记录的存档数据，供人工分析和设备维护的数据依据之用；
b)根据所述系统中各装置可维持正常工作所能承受的最大雷击强度设定告警门限值；
c)当所述步骤(3)的计算结果大于所述告警门限值时，将此比较结果信号作为本地告警信号和/或系统设备维护中心的告警信号。
4、一种实现如权利要求1所述方法的雷击检测、评价设备，它包括：
—用于检测所述避雷装置地线上电流的雷击传感器(TrA，TrB)；
—用于接收所述雷击传感器输出信号，并将其转换成电压和加以放大的信号变换装置(303A，303B)；
—接收所述信号变换装置的输出信号，并对其进行前置处理的信号采集装置(304)；
—接收所述信号采集装置的输出信号，并对其进行计算分析的计算分析处理单元(305)；
—接收所述计算分析处理单元的输出数据，并将其传送给所述系统维护中心的输出装置(307、408)；
—用于接收所述计算分析处理单元的告警输出信号，以表示所述系统和/或所述避雷装置存在故障的报警装置。
5、如权利要求4的雷击检测、评价设备，其特征在于：
所述信号采集装置包括A/D转换器(404)、峰值保持器(A2，C1，A3)、脉宽计数器(A5，401)和界定所述计算分析处理单元(CPU)处理时段的中断信号的产生器(A4，405)。
6、如权利要求5的雷击检测、评价设备，其特征在于：
所述中断信号产生器包括比较器(A4)和锁存器(405)。
7、如权利要求5的雷击检测、评价设备，其特征在于：
所述A/D转换器(404)还包括多路切换开关(402)。
8、如权利要求4-7任一权利要求所述的雷击检测、评价设备，其特征在于：
所述传感器(TrB，TrA)为高频电流互感器。
9、如权利要求6所述的雷击检测、评价设备，其特征在于：
所述互感器采用铁氧体环形磁芯，信号输出绕组在磁环上绕有根据被测电流大小、所述信号采样装置灵敏度和所述传感器频率响应要求而确定的匝数。
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