CN111239545B - 一种雷击过电压故障定位方法 - Google Patents

Abstract

本申请属于电力系统输配电线路雷电定位技术领域，尤其涉及一种雷击过电压故障定位方法。电力系统中，输配电线路遭遇雷击后产生故障的定位方法存在测量精度较低的问题。本申请提供一种雷击过电压故障定位方法，包括用若干分布式电压监测传感器监测线路状态，当传感器判断出现雷击过电压时，将所监测到的电压特征数据上传至后台定位主机，由后台主机对所采集数据进行提取和分析处理，利用线路发生雷击时产生的第一过电压信号相对于系统工频电压每周期的相位传变特性，判断线路雷击点位置。本发明结合脉冲信号注入以及雷击过电压相位传变特性，实现了对输配电线路的雷击位置进行准确定位。

Description

一种雷击过电压故障定位方法

技术领域

本申请涉及电力系统输配电线路雷电定位技术领域，尤其涉及一种雷击过电压故障定位方法。

背景技术

在电力系统中，输配电线路作为电网系统的一个重要组成部分，随着智能电网建设的开展，近年来愈加受到关注与重视。在输电线路杆塔上装设各种状态监测设备是建设智能输电线路的基础性工作，目前各地电网建设也将其作为主要的发展方向。

雷电是危害电力系统安全的重要因素，雷电对输电线路安全运行危害极大，常常造成绝缘子闪络事故，雷击输配电线路是造成跳闸的主要原因。直击雷过电压是雷云直接击中配电线路、电力塔等电力设备的过电压形式。出现这种形式的原因是雷云本身极强的电流在借助电力设备传到地下后，产生落差很大的电压降，从而出现雷击过电压。特别是在山区郊外及交通不便的地区，给日常运维、查找故障增加了不少困难。雷电引起的过电压，叫做大气过电压。这种过电压危害相当大。大气过电压可分为直接雷过电压和感应雷过电压两种基本形式。雷电的电热效应会产生雷电过电压，引起击穿电气绝缘、绝缘子闪络、开关跳闸和线路停电现象。另外当雷电发生闪击时，由于雷电电流的变化速度极快，在雷电流的通道附近会产生一个巨大的感应电磁场，很容易对建筑物内的电力设备造成干扰，从而使周围的金属物件产生感应电流，继而产生大量热量引起火灾等灾害。

当前，为了能够快速定位到配电线路上的雷击电压位置，提升供电可靠性。国内提出了较多雷击过电压的定位方法。国内申请号为201910585602.0公开了一种10kV配电线路雷击故障识别与定位方法，该方法通过在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，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，进行雷击故障位置模糊定位。该方法需构建大量的数据库支持，且定位精度有待提高。

申请号为201911035509.9公开了一种基于准确测量电压的输电线路雷电故障定位方法，该方法通过获取输电线路上待测点的实时电压波形，根据所测电压波形来判断输电线路上待测点的当前电压是否为过电压，如果当前电压为过电压，则从所述输电线路上待测点的两侧分别选取若干个电压采集点，再根据若干个电压采集点的电压值以及位于所测输电线线路上待测点同侧的电压采集点之间的距离，计算得到输电线路电压衰减系数，最后根据所述输电线路电压衰减系数以及位于所述输电线路上待测点两侧的电压采集点之间的距离，计算后确定输电线路雷电故障的位置。该方法在确定雷击位置后仍需进行人工测量得到线路上各电压采集点位置间的距离，未引入在线测距技术。

申请号为201510022553.1公开了一种应用卫星定位导航系统传送雷击位置信号的系统，该方法通过将若干已编号的传感器设于电杆、铁塔侧带电输电线路绝缘瓷瓶或带电避雷器或带电断路器或带电刀闸或带电配变上，传感器感应闪电雷击并产生感应电势，而传感器有一信号发送电路，信号发送电路经卫星定位导航系统与终端信号接收设备通讯连接，以确定雷击位置。该方法需经过卫星通讯以确定雷击位置，定位时间误差及通讯水平的限制都会对最终定位精度造成误差影响。

因此，如何提高故障定位的精度以及检修的效率，进而提升电网的智能化水平，成为行业内亟待解决的技术问题。

发明内容

本申请提供了一种雷击过电压故障点的定位方法，以解决当前雷击过电压故障点定位方法存在着精度较低、影响检修作业效率的问题。

本申请采用的技术方案如下：

一种雷击过电压故障点的定位方法，包括以下步骤：

S1001，将若干分布式电压监测传感器按预设距离安装在所要监测的各输配电线路上；

S1002，按基准相位特征标定方法获得各电压监测传感器间隔的相位差特征量，并将此相位差特征量作为基准相位特征量；

S1003，电压监测传感器监测输配电线路的雷击过电压，当电网系统产生雷击过电压时，各电压监测传感器计算各自的工频相对相位和幅值；

S1004，选取过电压幅值最大的三个电压监测传感器，当三个监测传感器的安装在同一线路连续分布位置时，判定该线路为雷击线路，且当雷击点在三个电压监测传感器中两个电压监测传感器的间隔范围内，判定为初始雷击范围；

S1005，根据相位特征定位计算方法计算雷击点位置。

可选的，所述S1002步骤中，所述基准相位特征标定方法包括：

S2001，任选一电压监测传感器作为基准位置，从该基准位置的电压监测传感器所在的位置注入一校准信号；

S2002，分别计算电压监测传感器相邻两侧电压监测传感器的工频相对相位；

S2003，按相位特征量计算方法得到两电压监测传感器的相位差特征量作为基准相位差特征量；

S2004，重复以上步骤，得到所有电压监测传感器间隔的基准相位特征量。

可选的，所述工频相对相位，指所注入校准信号或雷击过电压信号峰值时刻与当前电网系统的基准工频电压当前周期零相位的相位差。

可选的，电网系统的基准工频电压可任意选择电网系统中某相电压或某线电压，所述当前周期零相位可选择正向过零点或反向过零点。

可选的，所述相位差特征量计算方法，包括：

S5001,将电压监测传感器的相位归算到0～2π范围内；

S5002,计算两电压监测传感器的相位差值的绝对值；

S5003,当该绝对值小于π时，该绝对值即为所述相位差特征量；当该绝对值大于π时，该绝对值减去2π并取绝对值即为所述相位差特征量。

可选的，所述相位特征定位计算方法，包括：

S6001，计算初始雷击范围内两电压监测传感器间隔的相位差特征量；

S6002，计算两电压监测传感器间隔的相位差特征量与各自的基准相位差特征量的差值，并取绝对值；

S6003，将得到的两绝对值中较小的一个对应的传感器间隔判定为第二雷击范围；

S6004，按故障定位公式计算故障点距离中间传感器的距离。

可选的，所述故障定位公式包括：

其中，L_o为雷击故障点与所述初始雷击范围内中间传感器位置的距离，且在第二雷击范围内；L₁₂为第二雷击范围中两传感器的间隔距离；

为第二雷击范围的相位差特征量；V为光速，V＝3*10⁸m/s。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

(1)本申请公开的一种雷击过电压故障点的定位方法，通过分布式电压监测传感器监测线路电压情况，在电压监测传感器判定产生雷电压情况时，将监测获得的电压特征数据上传至后台主机，利用雷击过电压相位传变特性规律实现雷击区间和雷击点位置的精准定位。

(2)本申请以监测到的雷击过电压信号相对于系统工频电压每周期的相位为依据进行故障定位，可避免由于不同装置之间时钟不统一造成的误差，定位精度高、响应速度快，缩短了故障排查时间，极大地减轻了运维人员的运维负担，有效提升了电网供电可靠性和智能化水平。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例的应用场景示意图；

图2为本申请实施例的原理示意图；

图3为本申请一个实施例的流程框图；

图4为本申请另一个实施例的流程框图。

具体实施方式

下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的系统和方法的示例。

参见图1，为本申请实施例的应用场景示意图；结合图2，本申请实施例的原理示意图；以及结合图3，为本申请实施例的流程框图，便于理解本申请下述实施例的技术方案。

一种雷击过电压故障点的定位方法，包括以下步骤：

S1001，将若干分布式电压监测传感器按预设距离安装在所要监测的各输配电线路上；

S1002，按基准相位特征标定方法获得各电压监测传感器间隔的相位差特征量，并将此相位差特征量作为基准相位特征量；

S1003，电压监测传感器监测输配电线路的雷击过电压，当电网系统产生雷击过电压时，各电压监测传感器计算各自的工频相对相位和幅值；

S1004，选取过电压幅值最大的三个电压监测传感器，当三个监测传感器的安装在同一线路连续分布位置时，判定该线路为雷击线路，且当雷击点在三个电压监测传感器中两个电压监测传感器的间隔范围内，判定为初始雷击范围；

S1005，根据相位特征定位计算方法计算雷击点位置。

参见说明书附图4，为本申请另一个实施例的流程框图。便于理解下述实施例的技术方案：可选的，所述S1002步骤中，所述基准相位特征标定方法包括：

S2001，任选一电压监测传感器作为基准位置，从该基准位置的电压监测传感器所在的位置注入一校准信号；

S2002，分别计算电压监测传感器相邻两侧电压监测传感器的工频相对相位；

S2003，按相位特征量计算方法得到两电压监测传感器的相位差特征量作为基准相位差特征量；

S2004，重复以上步骤，得到所有电压监测传感器间隔的基准相位特征量。

可选的，所述工频相对相位，指所注入校准信号或雷击过电压信号峰值时刻与当前电网系统的基准工频电压当前周期零相位的相位差。

可选的，电网系统的基准工频电压可任意选择电网系统中某相电压或某线电压，所述当前周期零相位可选择正向过零点或反向过零点。

可选的，所述相位差特征量计算方法，包括：

S5001,将电压监测传感器的相位归算到0～2π范围内；

S5002,计算两电压监测传感器的相位差值的绝对值；

S5003,当该绝对值小于π时，该绝对值即为所述相位差特征量；当该绝对值大于π时，该绝对值减去2π并取绝对值即为所述相位差特征量。

可选的，所述相位特征定位计算方法，包括：

S6001，计算初始雷击范围内两电压监测传感器间隔的相位差特征量；

S6002，计算两电压监测传感器间隔的相位差特征量与各自的基准相位差特征量的差值，并取绝对值；

S6003，将得到的两绝对值中较小的一个对应的传感器间隔判定为第二雷击范围；

S6004，按故障定位公式计算故障点距离中间传感器的距离。

可选的，所述故障定位公式包括：

其中，L_o为雷击故障点与所述初始雷击范围内中间传感器位置的距离，且在第二雷击范围内；L₁₂为第二雷击范围中两传感器的间隔距离；

为第二雷击范围的相位差特征量；V为光速，V＝3*10⁸m/s。

本申请公开的一种雷击过电压故障点的定位方法，通过分布式电压监测传感器监测线路电压情况，在电压监测传感器判定产生雷电压情况时，将监测获得的电压特征数据上传至后台主机，利用雷击过电压相位传变特性规律实现雷击区间和雷击点位置的精准定位。

本申请以监测到的雷击过电压信号相对于系统工频电压每周期的相位为依据进行故障定位，可避免由于不同装置之间时钟不统一造成的误差，定位精度高、响应速度快，缩短了故障排查时间，极大地减轻了运维人员的运维负担，有效提升了电网供电可靠性和智能化水平。

本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属于本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1001，将若干分布式电压监测传感器按预设距离安装在所要监测的各输配电线路上；

S1002，按基准相位特征标定方法获得各电压监测传感器间隔的相位差特征量，并将此相位差特征量作为基准相位特征量，若干电压监测传感器间隔的相位差特征量均作为基准相位特征量；

S1003，电压监测传感器监测输配电线路的雷击过电压，当电网系统产生雷击过电压时，各电压监测传感器计算各自的工频相对相位和幅值；

S1004，选取过电压幅值最大的三个电压监测传感器，当三个监测传感器的安装在同一线路连续分布位置时，判定该线路为雷击线路，且当雷击点在三个电压监测传感器中两个电压监测传感器的间隔范围内，判定为初始雷击范围；

S1005，根据相位特征定位计算方法计算雷击点位置；

所述S1002步骤中，所述基准相位特征标定方法包括：

S2001，任选一电压监测传感器作为基准位置，从该基准位置的电压监测传感器所在的位置注入一校准信号；

S2002，分别计算电压监测传感器相邻两侧电压监测传感器的工频相对相位；

S2003，按相位特征量计算方法得到两电压监测传感器的相位差特征量作为基准相位差特征量；

S2004，重复以上步骤，得到所有电压监测传感器间隔的基准相位特征量；

所述相位特征定位计算方法，包括：

S6001，计算初始雷击范围内两电压监测传感器间隔的相位差特征量；

S6002，计算两电压监测传感器间隔的相位差特征量与各自的基准相位差特征量的差值，并取绝对值；

S6003，将得到的两绝对值中较小的一个对应的传感器间隔判定为第二雷击范围；

S6004，按故障定位公式计算故障点距离中间传感器的距离。

2.根据权利要求1所述的雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，所述工频相对相位，指所注入校准信号或雷击过电压信号峰值时刻与当前电网系统的基准工频电压当前周期零相位的相位差。

3.根据权利要求2所述的雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，电网系统的基准工频电压可任意选择电网系统中某相电压或某线电压，所述当前周期零相位可选择正向过零点或反向过零点。

4.根据权利要求1所述的雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，所述相位差特征量计算方法，包括：

S5001,将电压监测传感器的相位归算到0～2π范围内；

S5002,计算两电压监测传感器的相位差值的绝对值；

S5003,当该绝对值小于π时，该绝对值即为所述相位差特征量；当该绝对值大于π时，该绝对值减去2π并取绝对值即为所述相位差特征量。

5.根据权利要求1所述的雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，所述故障定位公式包括：

其中，L_o为雷击故障点与所述初始雷击范围内中间传感器位置的距离，且在第二雷击范围内；L₁₂为第二雷击范围中两传感器的间隔距离；

为第二雷击范围的相位差特征量；V为光速，V＝3*10⁸m/s。

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