CN111239546B - 一种雷击过电压在线测距及故障定位方法 - 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在线测距及故障定位方法。本申请公开一种雷击过电压在线测距及故障定位方法，包括在输配电线路上装设若干分布式电压监测传感器用于监测线路电压，利用信号发生器向线路中注入脉冲信号，根据各电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位实现在线测距。当出现雷电压情况后，可通过雷击过电压陡度衰减特性，判断故障发生的位置。本申请提出的一种雷击过电压在线测距及故障定位方法，利用雷击过电压相位与陡度传变特性相结合进行在线测距、故障定位，实现对输配电线路雷击位置的准确、快速定位，大大降低了运维人员的工作量，提升了供电可靠性。

Description

一种雷击过电压在线测距及故障定位方法

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在线测距及故障定位方法。

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在线测距及故障定位方法，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：

一种雷击过电压在线测距及故障定位方法，在线测距方法包括以下步骤：

S101，将若干分布式电压监测传感器装设在不同的输配电线路上，正常工作时进行实时监测线路电压情况；

S102，在线路上安装电压监测传感器处选取一个测距基准位置，并将该位置记为位置2，将其附近的左右两个传感器所在位置分别记为位置1和位置3，利用信号发生器向线路注入脉冲信号；

S103，信号注入后，电压监测传感器分别对3个位置的系统电压信号进行采集，并将所采集的所有电压特征数据上传至后台定位主机；

S104，后台定位主机对接收到的电压信息进行分析，提取位置1、位置2、位置3电压监测传感器检测到的脉冲信号对应的系统工频电压每周期的相位分别记为

以及对应的过电压波头的幅值U₁、U₂、U₃；

S105，计算并记录位置2与位置1的相位差

和距离L₂₁，位置2与位置3的相位差

和距离L₂₃；

位置2与位置1间的距离为L₂₁、相位差为

位置2与位置3间的距离为L₂₃、相位差为

所注入脉冲信号在线路中传播的速度V＝3*10⁸m/s，可得：

式中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*10⁸m/s(光速)；

S106，计算并记录位置1电压监测传感器检测到的脉冲信号波头陡度D₁、位置2的波头陡度D₂、位置3的波头陡度D₃；

以发生雷击时刻为起始时刻，有：

S107，计算并记录注入的脉冲信号从位置2传播到位置1的陡度衰减系数γ，从位置2传播到位置3的陡度衰减系数δ；

S108，重复步骤S101～S107，计算线路上所有区段的长度、相位差以及陡度衰减系数并记录。

可选的，雷击过电压故障定位方法包括以下步骤：

S201，当线路出现雷击过电压时，各电压监测传感器采集过电压波形，后台系统提取每个电压监测传感器雷击过电压波头的幅值及其相对于系统工频电压的相位；

S202，计算每个传感器雷击过电压波头陡度，距离雷击点最近的所述电压监测传感器检测到的陡度最大，记检测到的最大陡度D₂'及相应的位置2'，找出位置2'两侧检测位置1'和3'，以及位置1'处检测到的波头陡度D₁'、位置3'处检测到的波头陡度D₃'；

S203，根据陡度衰减系数，判断雷击点所在区段，即雷击点在位置2'与位置1'之间或者位置2'与位置3'之间；

计算从雷击过电压从位置2'传播到位置1'的陡度衰减系数γ'，从位置2'传播到位置3'的陡度衰减系数δ'；

将陡度衰减系数γ'和δ'与系统中存储的位置2'到位置1'的陡度衰减系数γ和位置1'到位置3'的陡度衰减系数δ对比，若γ'≠γ，δ'＝δ，则雷击点位于位置2'与位置1'之间；否则，雷击点位于位置2'与位置3'之间。

S204，计算出雷击点o距离其两侧所述电压监测传感器安装位置的距离：

若雷击点位于位置2'与位置1'之间，则满足以下方程：

计算得雷击点距离位置1'距离为：

故障点距离位置2'距离为：

L_o2'＝L₂₁-L_o1'

若雷击点位于位置2'与位置3'之间，则满足以下方程：

计算得雷击点距离位置2'距离为：

故障点距离位置3'距离为：

L_o3'＝L₂₃-L_o2'。

可选的，当所述电压监测传感器在一个电压监测周期内所监测到的电压幅值最小值超过系统额定电压值的4倍时，即判断出现了雷电压情况，传感器的电压采样装置开始记录下当时监测周期及之前一个监测周期内的过电压幅值和系统电压相位等特征量数据。

采用本申请的技术方案的有益效果如下：

(1)本申请提供的技术方案，利用信号发生器向线路中注入脉冲信号，根据各电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位实现在线测距。当出现雷电压情况后，可通过雷击过电压陡度衰减特性，判断故障发生的位置。

(2)本申请利用雷击过电压相位与陡度传变特性相结合进行在线测距、故障定位，与其它利用时差或未引入在线校准的雷击定位方法相比，本技术方案通过脉冲信号校准实现线路位置在线测距，根据传感器采集过电压陡度衰减特性实现最终雷击定位，不涉及人工测距及精密对时等步骤，极大减轻了运维人员的运维负担，缩短了故障排查时间，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为本申请一个实施例的应用场景示意图；

图2为本申请一个实施例的原理示意图；

图3为本申请另一实施例的应用场景示意图；

图4为本申请另一实施例的原理示意图；

图5为本申请一个实施例的流程框图；

图6为本申请另一实施例的流程框图。

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，为本申请一个实施例的应用场景示意图；结合图2，为本申请一个实施例的原理示意图；以及结合图5，为本申请一个实施例的流程框图；便于理解下述实施例的技术方案。

本申请提供的一种雷击过电压在线测距及故障定位方法，在线测距方法包括以下步骤：

S101，将若干分布式电压监测传感器装设在不同的输配电线路上，正常工作时进行实时监测线路电压情况；

S102，在线路上安装电压监测传感器处选取一个测距基准位置，并将该位置记为位置2，将其附近的左右两个传感器所在位置分别记为位置1和位置3，利用信号发生器向线路注入脉冲信号；

S103，信号注入后，电压监测传感器分别对3个位置的系统电压信号进行采集，并将所采集的所有电压特征数据上传至后台定位主机；

S104，后台定位主机对接收到的电压信息进行分析，提取位置1、位置2、位置3电压监测传感器检测到的脉冲信号对应的系统工频电压每周期的相位分别记为

以及对应的过电压波头的幅值U₁、U₂、U₃；

S105，计算并记录位置2与位置1的相位差

和距离L₂₁，位置2与位置3的相位差

和距离L₂₃；

位置2与位置1间的距离为L₂₁、相位差为

位置2与位置3间的距离为L₂₃、相位差为

所注入脉冲信号在线路中传播的速度V＝3*10⁸m/s，可得：

式中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*10⁸m/s(光速)；

S106，计算并记录位置1电压监测传感器检测到的脉冲信号波头陡度D₁、位置2的波头陡度D₂、位置3的波头陡度D₃；

以发生雷击时刻为起始时刻，有：

S107，计算并记录注入的脉冲信号从位置2传播到位置1的陡度衰减系数γ，从位置2传播到位置3的陡度衰减系数δ；

S108，重复步骤S101～S107，计算线路上所有区段的长度、相位差以及陡度衰减系数并记录。

参见图3，为本申请另一实施例的应用场景示意图；结合图4，为本申请另一实施例的原理示意图；以及结合图6，为本申请另一实施例的流程框图；便于理解下述实施例的技术方案：

可选的，雷击过电压故障定位方法包括以下步骤：

S201，当线路出现雷击过电压时，各电压监测传感器采集过电压波形，后台系统提取每个电压监测传感器雷击过电压波头的幅值及其相对于系统工频电压的相位；

S202，计算每个传感器雷击过电压波头陡度，距离雷击点最近的所述电压监测传感器检测到的陡度最大，记检测到的最大陡度D₂'及相应的位置2'，找出位置2'两侧检测位置1'和3'，以及位置1'处检测到的波头陡度D₁'、位置3'处检测到的波头陡度D₃'；

S203，根据陡度衰减系数，判断雷击点所在区段，即雷击点在位置2'与位置1'之间或者位置2'与位置3'之间；

计算从雷击过电压从位置2'传播到位置1'的陡度衰减系数γ'，从位置2'传播到位置3'的陡度衰减系数δ'；

将陡度衰减系数γ'和δ'与系统中存储的位置2'到位置1'的陡度衰减系数γ和位置1'到位置3'的陡度衰减系数δ对比，若γ'≠γ，δ'＝δ，则雷击点位于位置2'与位置1'之间；否则，雷击点位于位置2'与位置3'之间。

S204，计算出雷击点o距离其两侧所述电压监测传感器安装位置的距离：

若雷击点位于位置2'与位置1'之间，则满足以下方程：

计算得雷击点距离位置1'距离为：

故障点距离位置2'距离为：

L_o2'＝L₂₁-L_o1'

若雷击点位于位置2'与位置3'之间，则满足以下方程：

计算得雷击点距离位置2'距离为：

故障点距离位置3'距离为：

L_o3'＝L₂₃-L_o2'。

可选的，当所述电压监测传感器在一个电压监测周期内所监测到的电压幅值最小值超过系统额定电压值的4倍时，即判断出现了雷电压情况，传感器的电压采样装置开始记录下当时监测周期及之前一个监测周期内的过电压幅值和系统电压相位等特征量数据。

本申请提供的技术方案，利用信号发生器向线路中注入脉冲信号，根据各电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位实现在线测距。当出现雷电压情况后，可通过雷击过电压陡度衰减特性，判断故障发生的位置。

本申请利用雷击过电压相位与陡度传变特性相结合进行在线测距、故障定位，与其它利用时差或未引入在线校准的雷击定位方法相比，本技术方案通过脉冲信号校准实现线路位置在线测距，根据传感器采集过电压陡度衰减特性实现最终雷击定位，不涉及人工测距及精密对时等步骤，极大减轻了运维人员的运维负担，缩短了故障排查时间，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 (2)

1.一种雷击过电压在线测距及故障定位方法，其特征在于，在线测距方法包括以下步骤：

S101，将若干分布式电压监测传感器装设在不同的输配电线路上，正常工作时进行实时监测线路电压情况；

S102，在线路上安装电压监测传感器处选取一个测距基准位置，并将该位置记为位置2，将其附近的左右两个传感器所在位置分别记为位置1和位置3，利用信号发生器向线路注入脉冲信号；

S103，信号注入后，电压监测传感器分别对3个位置的系统电压信号进行采集，并将所采集的所有电压特征数据上传至后台定位主机；

S104，后台定位主机对接收到的电压信息进行分析，提取位置1、位置2、位置3电压监测传感器检测到的脉冲信号对应的系统工频电压每周期的相位分别记为

以及对应的过电压波头的幅值U₁、U₂、U₃；

S105，计算并记录位置2与位置1的相位差

和距离L₂₁，位置2与位置3的相位差

和距离L₂₃；

位置2与位置1间的距离为L₂₁、相位差为

位置2与位置3间的距离为L₂₃、相位差为

所注入脉冲信号在线路中传播的速度V＝3*10⁸m/s，可得：

式中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*10⁸m/s(光速)；

S106，计算并记录位置1电压监测传感器检测到的脉冲信号波头陡度D₁、位置2的波头陡度D₂、位置3的波头陡度D₃；

以发生雷击时刻为起始时刻，有：

S107，计算并记录注入的脉冲信号从位置2传播到位置1的陡度衰减系数γ，从位置2传播到位置3的陡度衰减系数δ；

S108，重复步骤S101～S107，计算线路上所有区段的长度、相位差以及陡度衰减系数并记录，

雷击过电压故障定位方法包括以下步骤：

S201，当线路出现雷击过电压时，各电压监测传感器采集过电压波形，后台系统提取每个电压监测传感器雷击过电压波头的幅值及其相对于系统工频电压的相位；

S202，计算每个传感器雷击过电压波头陡度，距离雷击点最近的所述电压监测传感器检测到的陡度最大，记检测到的最大陡度D₂′及相应的位置2′，找出位置2′两侧检测位置1′和3′，以及位置1′处检测到的波头陡度D₁′、位置3′处检测到的波头陡度D₃′；

S203，根据陡度衰减系数，判断雷击点所在区段，即雷击点在位置2′与位置1′之间或者位置2′与位置3′之间；

计算从雷击过电压从位置2′传播到位置1′的陡度衰减系数γ′，从位置2′传播到位置3′的陡度衰减系数δ′；

将陡度衰减系数γ′和δ′与系统中存储的位置2′到位置1′的陡度衰减系数γ和位置1′到位置3′的陡度衰减系数δ对比，若γ′≠γ，δ′＝δ，则雷击点位于位置2′与位置1′之间；否则，雷击点位于位置2′与位置3′之间；

S204，计算出雷击点o距离其两侧所述电压监测传感器安装位置的距离：

若雷击点位于位置2′与位置1′之间，则满足以下方程：

计算得雷击点距离位置1′距离为：

故障点距离位置2′距离为：

L_o2′＝L₂₁-L_o1′

若雷击点位于位置2′与位置3′之间，则满足以下方程：

计算得雷击点距离位置2′距离为：

故障点距离位置3′距离为：

L_o3′＝L₂₃-L_o2′。

2.根据权利要求1所述的雷击过电压在线测距及故障定位方法，其特征在于，当所述电压监测传感器在一个电压监测周期内所监测到的过电压幅值超过系统额定电压值的2倍时，即判断出现了雷电压情况，传感器的电压采样装置开始记录下当时监测周期内的过电压幅值和系统电压相位等特征量数据。

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