CN111983359A - 一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法 - Google Patents

一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法 Download PDF

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Abstract

一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法，其特征在于搭建输电杆塔的状态监测装置，主要包括上位机、无线接收模块、雷击电压信号采集器、分压器、同轴电缆线、电缆引线、接地引下线、绝缘支撑杆、接地子模块、雷电冲击模拟装置、编织铜带、无线电流采集器、同塔双回输电杆塔、接地铜板；基于所建状态检测装置模拟雷击输电杆塔，同时获取杆塔顶端的雷电压信号以及编织铜带上的雷电流信号，通过计算杆塔的状态评价因子进而对输电杆塔进行状态评估。本发明能针对雷击输电杆塔的工况进行模拟，并开展状态监测，依据测试结果对输电杆塔进行安全评估，可进一步为输电杆塔的安全防护以及维护检修提供指导意见。

Description

一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法
技术领域
本发明属于架空输电系统领域，特别是一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法。
背景技术
输电杆塔在电力系统中起着承载输电线路的重要作用，是电力系统不可或缺的一部分。此外，雷击作为一种不可抗力的大自然现象，更是引起架空输电线路反击跳闸事故的核心因素，严重威胁着电力系统的安全与稳定性。因此，针对雷击下工况下的输电杆塔，进行状态检测以及安全评估显得尤为重要。
目前，已有研究针对输电系统进行雷击模拟测试，分析雷击下的暂态响应，倾向于评估绝缘子闪络与否，进而研究输电线路的耐雷水平与雷击跳闸率，缺乏对输电杆塔进行状态检测以及安全评估。因此，为确保电力系统的供电安全与稳定性，开发了一套输电杆塔的状态监测装置，并提出一种雷击下输电杆塔的状态评估方法，这将进一步为输电杆塔的状态监测、安全防护以及维护检修，提供指导意见，更是为今后提高输电线路的安全运行提供重要保障。
发明内容
本发明的目的是提出一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法，对输电杆塔发生雷击时，进行状态监测与评估，为输电杆塔的状态监测、安全防护以及维护检修，提供指导意见。
实现本发明目的的技术方案如下：
输电杆塔的状态监测装置包括上位机、无线接收模块、雷击电压信号采集器、分压器、同轴电缆线、电缆引线、接地引下线、绝缘支撑杆1、绝缘支撑杆2、接地子模块、雷电冲击模拟装置、编织铜带、无线电流采集器、同塔双回输电杆塔、接地铜板；
所述雷电冲击模拟装置的输出端通过编织铜带连接至同塔双回输电杆塔的顶端，且无线电流采集器套接在编织铜带上；
所述分压器的输出端通过同轴电缆线与雷击电压信号采集器相连，分压器的输入端经电缆引线与同塔双回输电杆塔的顶端相连，分压器的接地端子通过接地引下线与接地子模块相连；
所述无线接收模块接收无线电流采集器采集的雷电流信号；
所述上位机同时与无线接收模块、雷击电压信号采集器相连，接收并分析无线接收模块接收的雷电流信号以及雷击电压信号采集器采集的雷电压信号；
所述电缆引线分两段布置，节点1至同塔双回输电杆塔之间的部分为水平布置，与接地铜板平行；节点1至分压器之间的部分为垂直布置，与接地铜板垂直；
所述编织铜带分两段布置，节点2至同塔双回输电杆塔之间的部分为水平布置，与接地铜板平行，且与电缆引线的水平布置部分垂直；节点2至雷电冲击模拟装置之间的部分为垂直布置，与接地铜板垂直；
所述绝缘支撑杆1用于支撑节点1至同塔双回输电杆塔之间的部分电缆引线；所述绝缘支撑杆2用于支撑节点2至同塔双回输电杆塔之间的部分编织铜带；
所述同塔双回输电杆塔放置在接地铜板上。
利用上述状态监测装置进行状态评估，包括以下步骤：
第一步、模拟雷击输电杆塔，并进行状态监测：
雷电冲击模拟装置输出雷电流信号，分压器采集同塔双回输电杆塔的顶端电压并传输至雷击电压信号采集器；无线电流采集器采集雷电流信号并无线传输至无线接收模块；最终上位机接收无线接收模块接收的雷电流信号以及雷击电压信号采集器采集的雷电压信号；
第二步、进行输电杆塔的状态评价因子计算，由下式计算出杆塔的一级状态评价因子：
Figure BDA0002645771450000021
式中，U(t)为采集的雷电压信号，I(t)为采集的雷电流信号，
Figure BDA0002645771450000022
为U(t)与I(t)比值的绝对值的最大值，t为时间变量；e为自然对数的底数；D为同塔双回输电杆塔的下根开，H为同塔双回输电杆塔的高度，r1为同塔双回输电杆塔的顶部宽度的一半，r2为同塔双回输电杆塔的中部宽度的一半，h1为同塔双回输电杆塔顶部至中部的垂直距离，h2为同塔双回输电杆塔中部至接地铜板的垂直距离；w1为二级评价权重因子1，w2为二级评价权重因子2，Eval为杆塔的一级状态评价因子；
第三步、对输电杆塔进行状态评估：
若Eval∈(0,1.6487)∪(7.389,+∞)，则判定杆塔为存在严重故障；若Eval∈[1.6487,2.459]∪[3,7.389]，则判定杆塔存在轻微故障；若Eval∈(2.459,3)，则杆塔为正常状态。
本发明的有益效果在于：
1)该输电杆塔状态监测装置能够实时模拟雷击输电杆塔的工况，进而对输电杆塔进行状态评估；
2)提出了一种输电杆塔的状态监测与评估方法，可为输电杆塔的检修维护提供坚实的参考意见；
3)该输电杆塔状态监测装置操作方便，安全可靠，对不同类型的输电杆塔都可以进行状态检测与评估，具有一定的普适性。
附图说明
图1是本发明中输电杆塔的状态监测装置的结构示意图；
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进一步说明。一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法，具体实施方式包括以下步骤：
第一步、建立输电杆塔的状态监测装置，该状态监测装置包括上位机、无线接收模块(2)、雷击电压信号采集器(3)、分压器(4)、同轴电缆线(42)、电缆引线(41)、接地引下线(43)绝缘支撑杆1(411)、绝缘支撑杆2(711)、接地子模块(5)、雷电冲击模拟装置(6)、编织铜带(7)、无线电流采集器(8)、同塔双回输电杆塔(9)、接地铜板(10)；
所述雷电冲击模拟装置(6)的输出端通过编织铜带(7)连接至同塔双回输电杆塔(9)的顶端，且无线电流采集器(8)套接在编织铜带(7)上；雷电冲击模拟装置(6)可产生波形特征为8/20μs或者2.6/50μs的雷电流；
所述分压器(4)的输出端通过同轴电缆线(42)与雷击电压信号采集器(3)相连，分压器(4)的输入端经电缆引线(41)与同塔双回输电杆塔(9)的顶端相连，分压器(4)的接地端子通过接地引下线(43)与接地子模块(5)相连；
所述无线接收模块(2)接收无线电流采集器(8)采集的雷电流信号；
所述上位机同时与无线接收模块(2)、雷击电压信号采集器(3)相连，接收并分析无线接收模块(2)接收的雷电流信号以及雷击电压信号采集器(3)采集的雷电压信号；
所述电缆引线(41)分两段布置，节点1(412)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分为水平布置，与接地铜板(10)平行；节点1(412)至分压器(4)之间的部分为垂直布置，与接地铜板(10)垂直；
所述编织铜带(7)分两段布置，节点2(712)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分为水平布置，与接地铜板(10)平行，且与电缆引线(41)的水平布置部分垂直；节点2(712)至雷电冲击模拟装置(6)之间的部分为垂直布置，与接地铜板(10)垂直；
所述绝缘支撑杆1(411)用于支撑节点1(412)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分电缆引线(41)；所述绝缘支撑杆2(711)用于支撑节点2(712)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分编织铜带(7)；
所述同塔双回输电杆塔(9)放置在接地铜板(10)上；
第二步、模拟雷击输电杆塔，并进行状态监测：
雷电冲击模拟装置(6)输出雷电流信号，分压器(4)采集同塔双回输电杆塔(9)的顶端电压并传输至雷击电压信号采集器(3)；无线电流采集器(8)采集雷电流信号并无线传输至无线接收模块(2)；最终上位机接收无线接收模块(2)接收的雷电流信号以及雷击电压信号采集器(3)采集的雷电压信号；
第三步、进行输电杆塔的状态评价因子计算，由下式计算出杆塔的一级状态评价因子：
Figure BDA0002645771450000041
式中，U(t)为采集的雷电压信号，I(t)为采集的雷电流信号，
Figure BDA0002645771450000042
为U(t)与I(t)比值的绝对值的最大值，t为时间变量；e为自然对数的底数；D为同塔双回输电杆塔(9)的下根开，H为同塔双回输电杆塔(9)的高度，r1为同塔双回输电杆塔(9)的顶部宽度的一半，r2为同塔双回输电杆塔(9)的中部宽度的一半，h1为同塔双回输电杆塔(9)顶部至中部的垂直距离，h2为同塔双回输电杆塔(9)中部至接地铜板(10)的垂直距离；w1为二级评价权重因子1，w2为二级评价权重因子2，且w1与w2之和为1；Eval为杆塔的一级状态评价因子；
第四步、对输电杆塔进行状态评估：
若Eval∈(0,1.6487)∪(7.389,+∞)，则判定杆塔为存在严重故障；若Eval∈[1.6487,2.459]∪[3,7.389]，则判定杆塔存在轻微故障；若Eval∈(2.459,3)，则杆塔为正常状态。

Claims (1)

1.一种雷击下的输电杆塔状态监测与评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
第一步、建立输电杆塔的状态监测装置，该状态监测装置包括上位机(1)、无线接收模块(2)、雷击电压信号采集器(3)、分压器(4)、同轴电缆线(42)、电缆引线(41)、接地引下线(43)、绝缘支撑杆1(411)、绝缘支撑杆2(711)、接地子模块(5)、雷电冲击模拟装置(6)、编织铜带(7)、无线电流采集器(8)、同塔双回输电杆塔(9)、接地铜板(10)；
所述雷电冲击模拟装置(6)的输出端通过编织铜带(7)连接至同塔双回输电杆塔(9)的顶端，且无线电流采集器(8)套接在编织铜带(7)上；
所述分压器(4)的输出端通过同轴电缆线(42)与雷击电压信号采集器(3)相连，分压器(4)的输入端经电缆引线(41)与同塔双回输电杆塔(9)的顶端相连，分压器(4)的接地端子通过接地引下线(43)与接地子模块(5)相连；
所述无线接收模块(2)接收无线电流采集器(8)采集的雷电流信号；
所述上位机(1)同时与无线接收模块(2)、雷击电压信号采集器(3)相连，接收并分析无线接收模块(2)接收的雷电流信号以及雷击电压信号采集器(3)采集的雷电压信号；
所述电缆引线(41)分两段布置，节点1(412)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分为水平布置，与接地铜板(10)平行；节点1(412)至分压器(4)之间的部分为垂直布置，与接地铜板(10)垂直；
所述编织铜带(7)分两段布置，节点2(712)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分为水平布置，与接地铜板(10)平行，且与电缆引线(41)的水平布置部分垂直；节点2(712)至雷电冲击模拟装置(6)之间的部分为垂直布置，与接地铜板(10)垂直；
所述绝缘支撑杆1(411)用于支撑节点1(412)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分电缆引线(41)；所述绝缘支撑杆2(711)用于支撑节点2(712)至同塔双回输电杆塔(9)之间的部分编织铜带(7)；
所述同塔双回输电杆塔(9)放置在接地铜板(10)上；
第二步、模拟雷击输电杆塔，并进行状态监测：
雷电冲击模拟装置(6)输出雷电流信号，分压器(4)采集同塔双回输电杆塔(9)的顶端电压并传输至雷击电压信号采集器(3)；无线电流采集器(8)采集雷电流信号并无线传输至无线接收模块(2)；最终上位机接收无线接收模块(2)接收的雷电流信号以及雷击电压信号采集器(3)采集的雷电压信号；
第三步、进行输电杆塔的状态评价因子计算，由下式计算出杆塔的一级状态评价因子：
Figure FDA0002645771440000021
式(1)中，U(t)为采集的雷电压信号，I(t)为采集的雷电流信号，
Figure FDA0002645771440000022
为U(t)与I(t)比值的绝对值的最大值，t为时间变量；e为自然对数的底数；D为同塔双回输电杆塔(9)的下根开，H为同塔双回输电杆塔(9)的高度，r1为同塔双回输电杆塔(9)的顶部宽度的一半，r2为同塔双回输电杆塔(9)的中部宽度的一半，h1为同塔双回输电杆塔(9)顶部至中部的垂直距离，h2为同塔双回输电杆塔(9)中部至接地铜板(10)的垂直距离；w1为二级评价权重因子1，w2为二级评价权重因子2，Eval为杆塔的一级状态评价因子；
第四步、对输电杆塔进行状态评估：
若Eval∈(0,1.6487)∪(7.389,+∞)，则判定杆塔为存在严重故障；若Eval∈[1.6487,2.459]∪[3,7.389]，则判定杆塔存在轻微故障；若Eval∈(2.459,3)，则杆塔为正常状态。
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