CN110221180B - 一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，在10kV配电线路中选择若干个雷击监测点，在雷击监测点所在的两个杆塔之间，构建耦合地线，若杆塔间已有避雷线或耦合地线，可直接利用；通过仿真方法获取各个监测点处地线感应电流幅值与雷电流幅值、雷击点距离的关系，构建定位数据库；采用高频电流监测装置获取避雷器或耦合地线在雷击时产生的感应电流，并远传到系统后台；利用基于雷电电磁信号的雷电定位系统，获取故障时刻的雷电流幅值；将雷电流幅值导入定位数据库中，进行雷击位置模糊定位；根据雷击模糊定位、开关跳闸情况以及线路防雷性能，进行雷击故障模糊定位。
Description
技术领域
本发明涉及输电线路技术领域，具体涉及一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法。
背景技术
目前电力系统中广泛应用的雷电定位系统主要采用基于雷电电磁信号的多站定位技术，该方法侧重于实现广域的雷电观测。现有雷电定位系统的定位精度为500m左右，在山区的定位精度在1～2km左右，该精度对于输电线路的雷击故障定位已经足够，但不适合配电线路的雷击故障定位。一方面，配电线路呈现复杂的树枝状结构，且档距一般在50m～100m。另一方面，配电线路的绝缘强度较低，即使雷击发生在线路附近，其在线路上产生的感应过电压也会导致配电线路绝缘击穿。原有雷电定位系统的精度已不能满足配电线路的雷击故障定位需求。对于小范围内的雷电定位，目前有专利采用了声音传感器和光传感器。采用多个声音传感器采集雷电信号，通过计算信号到达的时间差进行定位，在实际应用过程中存在如下问题：1)实际环境中的噪音源会对雷声信号进行干扰；2)雷声信号的传播受地形的影响，导致定位出现较大误差。利用光信号辅助雷声传感器的方法，遇到的问题在于：雷击时可能有多个下行先导，摄像头会同时捕捉到多个方向的光信号。因此，基于声音传感器和光传感器的雷电定位系统并未得到广泛推广。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服现有技术中的不足，目的在于提供一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，通过采集避雷线或耦合地线在附近发生雷击时产生的感应电流判断雷击类型，计算雷击位置，并结合防雷性能和开关信息判断雷击故障位置。
本发明通过下述技术方案实现：
一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，包括以下步骤：
1)在10kV配电线路中选择若干个雷击监测点，在雷击监测点所在的两个杆塔之间，构建耦合地线，若杆塔间已有避雷线或耦合地线，可直接利用；
2)通过仿真方法获取各个监测点处地线感应电流幅值与雷电流幅值、雷击点距离的关系，构建定位数据库；
3)采用高频电流监测装置获取避雷器或耦合地线在雷击时产生的感应电流，并远传到系统后台；
4)利用基于雷电电磁信号的雷电定位系统，获取故障时刻的雷电流幅值；
5)将雷电流幅值导入定位数据库中，进行雷击位置模糊定位；
6)根据雷击模糊定位、开关跳闸情况以及线路防雷性能，进行雷击故障模糊定位。
进一步地，所述高频电流监测装置包括高频电流传感器、远传模块和取能模块。
进一步地，所述高频电流传感器采用罗氏线圈，频带范围在10kHz-30MHz。
进一步地，所述取能模块分为两种，一种适用于台区，一种适用于杆塔，适用于台区的取能模块包括220V取能单元和电池单元；适用于杆塔的取能模块包括太阳能取能单元和电池单元。
进一步地，所述仿真方法采用有限元或有限差分方法，雷电流激励采用双指数脉冲波形，波前时间为2us，半波时间为50us，雷电流通道高度大于200m，地线高度、地线长度、地线型号、接地装置型式以及土壤电阻率应参考实际情况。
进一步地，所述定位数据库建立方法为：以5kA为一档，在0～400kA范围内设定用于仿真的雷电流幅值序列，对于每个雷电流幅值进行仿真，获得地线感应电流幅值和雷击点距离的数据关系，雷击点距离可精确到1m。该数据关系一般为近似反比例函数。可采用线性插值的方式获取其他雷电流幅值下的地线感应电流幅值和雷击点距离的数据关系。
进一步地，所述的雷击位置模糊定位方法为：获取各个雷击监测点的雷电流幅值，计入±10％的误差，根据定位数据库可得基于各雷击监测点的雷击区域，为各雷击监测点为圆心的圆环，其中以地线感应电流幅值最大的雷击监测点为主，获取与其他雷击监测点圆环的交叠处，即为雷击区域。
进一步地，所述雷击故障模糊定位方法为：根据雷击位置模糊定位，可能有多个雷击位置，雷击位置附近可能有主线和多个支线；首先，如果10kV配网安装有分段开关，可以排除未停电的区段或支线，其次，比较雷击位置附近杆塔的避雷器安装情况和外绝缘强度，优先判断绝缘强度低、未安装避雷器的杆塔。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，采用雷电感应回路产生的感应雷电流，与雷击距离密切相关，可准确反映雷击位置信息；
2、本发明一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，雷电感应回路在正常运行时电压很低，监测装置的信号采集不用考虑高压电绝缘问题；
3、本发明一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，雷电感应回路可采用10kV配电线路的架空线路、耦合地线，也可采用220V线路的零线，改造难度低。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明结构示意图。
附图中标记及对应的零部件名称：
1-10kV导线；2-耦合地线；3-接地引下线；4-接地体；5-高频电路监测装置。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
实施例
如图1所示，本发明一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，包括以下步骤：
第一步骤：在10kV配电线路中选择若干个雷击监测点，在雷击监测点所在的两个杆塔之间，构建耦合地线，若杆塔间已有避雷线或耦合地线，可直接利用；
第二步骤：通过仿真方法获取各个监测点处地线感应电流幅值与雷电流幅值、雷击点距离的关系，构建定位数据库；
第三步骤：采用高频电流监测装置获取避雷器或耦合地线在雷击时产生的感应电流，并远传到系统后台；
第四步骤：利用基于雷电电磁信号的雷电定位系统，获取故障时刻的雷电流幅值；
第五步骤：将雷电流幅值导入定位数据库中，进行雷击位置模糊定位；
第六步骤：根据雷击模糊定位、开关跳闸情况以及线路防雷性能，进行雷击故障模糊定位。
其中，高频电路监测装置包括高频电流传感器、远传模块和取能模块，所述高频电流传感器采用罗氏线圈，频带范围在1010kHz-30MHz，所述取能模块分为两种，一种适用于台区，一种适用于杆塔，适用于台区的取能模块包括220V取能单元和电池单元，正常运行时，220V取能模块通过台区220V电源对装置进行供电，并对电池进行浮充电，当发故障导致台区停电时，电池单元对装置进行充电；适用于杆塔的取能模块包括太阳能取能单元和电池单元，正常运行时，太阳能模块对装置供电，并对电池进行浮充电，当发生故障导致台区停电时，电池单元对装置进行供电。
雷电感应回路由架设在杆塔间的耦合地线2、耦合地线的接地引下线3、接地体4和大地构成，当10kV杆塔有架空地线或耦合地线，且架空地线在两个杆塔处接地时，自然形成雷电感应回路，当10kV台区附近的380V零线具有重复接地时，自然形成雷电感应回路，高频电路监测装置5可感知该感应雷电流信号，并传输到系统后台。
所述仿真方法采用有限元或有限差分方法，雷电流激励采用双指数脉冲波形，波前时间为2us，半波时间为50us，雷电流通道高度大于200m，地线高度、地线长度、地线型号、接地装置型式以及土壤电阻率应参考实际情况。
所述定位数据库建立方法为：以5kA为一档，在0～400kA范围内设定用于仿真的雷电流幅值序列，对于每个雷电流幅值进行仿真，获得地线感应电流幅值和雷击点距离的数据关系，雷击点距离可精确到1m，该数据关系一般为近似反比例函数，可采用线性插值的方式获取其他雷电流幅值下的地线感应电流幅值和雷击点距离的数据关系。
所述的雷击位置模糊定位方法为：获取各个雷击监测点的雷电流幅值，计入±10％的误差，根据定位数据库可得基于各雷击监测点的雷击区域，为各雷击监测点为圆心的圆环，其中以地线感应电流幅值最大的雷击监测点为主，获取与其他雷击监测点圆环的交叠处，即为雷击区域。
所述雷击故障模糊定位方法为：根据雷击位置模糊定位，可能有多个雷击位置，雷击位置附近可能有主线和多个支线；首先，如果10kV配网安装有分段开关，可以排除未停电的区段或支线，其次，比较雷击位置附近杆塔的避雷器安装情况和外绝缘强度，优先判断绝缘强度低、未安装避雷器的杆塔。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
1）在10kV配电线路中选择若干个雷击监测点，在雷击监测点所在的两个杆塔之间，构建耦合地线，若杆塔间已有避雷线或耦合地线，可直接利用；
2）通过仿真方法获取各个监测点处地线感应电流幅值与雷电流幅值、雷击点距离的关系，构建定位数据库；
3）采用高频电流监测装置获取避雷器或耦合地线在雷击时产生的感应电流，并远传到系统后台；
4）利用基于雷电电磁信号的雷电定位系统，获取故障时刻的雷电流幅值；
5）将雷电流幅值导入定位数据库中，进行雷击位置模糊定位；
6）根据雷击模糊定位、开关跳闸情况以及线路防雷性能，进行雷击故障模糊定位；
所述的雷击位置模糊定位方法为：获取各个雷击监测点的雷电流幅值，计入±10%的误差，根据定位数据库可得基于各雷击监测点的雷击区域，为各雷击监测点为圆心的圆环，其中以地线感应电流幅值最大的雷击监测点为主，获取与其他雷击监测点圆环的交叠处，即为雷击区域；
所述雷击故障模糊定位方法为：根据雷击位置模糊定位，可能有多个雷击位置，雷击位置附近可能有主线和多个支线；首先，如果10kV配网安装有分段开关，可以排除未停电的区段或支线，其次，比较雷击位置附近杆塔的避雷器安装情况和外绝缘强度，优先判断绝缘强度低、未安装避雷器的杆塔。
2.根据权利要求1所述的一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，其特征在于，所述高频电流监测装置包括高频电流传感器、远传模块和取能模块。
3.根据权利要求2所述的一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，其特征在于，所述高频电流传感器采用罗氏线圈，频带范围在10kHz-30MHz。
4.根据权利要求2所述的一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，其特征在于，所述取能模块分为两种，一种适用于台区，一种适用于杆塔，适用于台区的取能模块包括220V取能单元和电池单元；适用于杆塔的取能模块包括太阳能取能单元和电池单元。
5.根据权利要求1所述的一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，其特征在于，所述仿真方法采用有限元或有限差分方法，雷电流激励采用双指数脉冲波形，波前时间为2us，半波时间为50us，雷电流通道高度大于200m。
6.根据权利要求1所述的一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，其特征在于，所述定位数据库建立方法为：以5kA为一档，在0~400kA范围内设定用于仿真的雷电流幅值序列，对于每个雷电流幅值进行仿真，获得地线感应电流幅值和雷击点距离的数据关系，雷击点距离可精确到1m，可采用线性插值的方式获取其他雷电流幅值下的地线感应电流幅值和雷击点距离的数据关系。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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