CN113253054A - 一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，包括以下步骤：S1、当配电网发生雷电故障后，获取配电网线路首端断路器的跳闸信息；S2、获取跳闸时间所对应的雷电数据；下载雷电数据时，选取雷电数据的定位精度d，所述定位精度d为闪电成像仪的分辨率；S3、对雷电数据进行解析和计算，确定配电网区域内雷电事件的发生时间以及经纬度坐标；S4、根据雷电事件的经纬度坐标，确定出跳闸线路中杆塔坐标筛选范围；S5、从供电部门数据库获取配电网跳闸线路中各杆塔坐标，确定在杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标；步骤S6、计算杆塔坐标筛选范围内的各杆塔坐标与配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离。
Description
技术领域
本发明属于配电网雷电故障快速定位技术领域，尤其涉及一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法。
背景技术
雷电是伴有电闪和雷鸣的常见自然现象，也是严重影响配电网正常安全运行的主要因素之一。在我国大部分配电网，由雷击故障导致的架空线路故障次数占架空线路总故障总次数的50％～60％，有些配电网甚至达到了70％～80％。
我国目前的雷电定位系统可以满足高压输电网雷电监测的基本要求，但配电网的架空线路档距通常小于广域雷电地闪监测精度，所以传统雷电定位系统中的地面探测站难以准确找出造成跳闸的雷电地闪。
面对线路分布更加密集、防雷能力更加脆弱的配电网，尤其分支线路多、覆盖面积广的农村配电网，如何快速、精准找出雷电故障仍是本领域技术人员亟待解决的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明的目的是提供一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，该方法适用于配电网发生雷电故障时，能够精确、快速定位故障位置，缩小巡线人员巡线范围，减少配电网恢复供电时间，用以解决现有技术中配电网的架空线路档距通常小于广域雷电地闪监测精度的问题，达到提高配电网供电可靠性的目的。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，适用于配电网中雷电故障定位，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、当配电网发生雷电故障后，获取配电网线路首端断路器的跳闸信息，所述跳闸信息包括跳闸线路和跳闸时间；
步骤S2、获取跳闸时间所对应的雷电数据；下载雷电数据时，选取雷电数据的定位精度d，所述定位精度d为闪电成像仪的分辨率；
步骤S3、对步骤S2获得的雷电数据进行解析和计算，确定配电网区域内雷电事件的发生时间以及经纬度坐标；
其中，雷电事件的经纬度坐标中，纬度λ和经度
通过公式1计算获得：
式中，Sd、Sn和Sxy为中间变量；
Sxy＝[(h-Sncosxcosy)2+(Snsinxcosy)2]1/2
其中，λD为卫星星下点所在经度；x＝-λs，λs为扫描角，单位为°；
为步进角，单位为°；req表示地球的半长轴，单位为km；rpol表示地球的短半轴，单位为km；h为卫星与地心连线的距离，单位为km；
步骤S4、根据步骤S3确定的雷电事件的经纬度坐标，确定出跳闸线路中杆塔坐标筛选范围；
以雷电事件发生经纬度坐标
为圆心，定位精度d为半径，划出一个圆形范围；然后，计算出该圆的外接正方形区域的左上角坐标
右上角坐标
左下角坐标
和右下角坐标
获得外接正方形区域的经纬度范围，即为杆塔坐标筛选范围；
其中，λ为雷电事件的纬度坐标，单位为°；φ为雷电事件的经度坐标，单位为°；Δλ外接正方形南北两侧的范围边界，
外接正方形东西两侧的范围边界，
d为定位精度，单位为km；R为地球半径，单位为km；
步骤S5、从供电部门数据库获取配电网跳闸线路中各杆塔坐标，确定在步骤S4获得的杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标；
步骤S6、计算步骤S5确定的杆塔坐标筛选范围内的各杆塔坐标与步骤S2确定的配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离；如果杆塔坐标筛选范围内的某杆塔坐标与雷电事件的经纬度坐标之间的距离小于或等于定位精度d，则输出该杆塔坐标；如果杆塔坐标筛选范围内的所有杆塔坐标与雷电事件的经纬度坐标之间的距离均大于定位精度d，则返回步骤S3重新定位计算。
所述步骤S2中，闪电成像仪的分辨率选自0.5km、1km、2km、4km之一。
所述步骤S2中，获取跳闸时间前后一定时间内的雷电数据，然后筛选出与跳闸时间相匹配的雷电数据。
所述步骤S2中，雷电数据中还包括雷电类别和雷电强度。
所述步骤S6中，通过公式2计算杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标与配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离D：
式中，R为地球半径，单位为km；C为中间变量，
其中，
为配电网区域内雷电事件的经纬度坐标，
为杆塔坐标；对这两个坐标按照以下法则处理：东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90减纬度值，南纬取90加纬度值，经过这样的法则处理后，雷电事件坐标与杆塔坐标两点分别记为
和
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
1、解决配电网的架空线路档距通常小于广域雷电地闪监测精度的问题；
2、通过缩小数据比对范围，缩短雷电数据与杆塔坐标比对时长，减少比对工作量；
3、收集配电网海量雷电数据，充分挖掘海量雷电数据价值，为配电网防雷措施的制定提供参考。
附图说明
图1为本发明基于闪电成像仪的配电网雷电故障定位方法的流程图；
图2为本发明实施例的定位计算流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明提供一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，适用于配电网中雷电故障定位，包括以下步骤：
步骤S1、当配电网发生雷电故障后，获取配电网线路首端断路器的跳闸信息，所述跳闸信息包括跳闸线路和跳闸时间，所述跳闸线路即为雷电故障发生的具体架空线路。
步骤S2、获取跳闸时间所对应的雷电数据；下载雷电数据时，选取雷电数据的定位精度d，所述定位精度d为闪电成像仪的分辨率，闪电成像仪的分辨率选自0.5km、1km、2km、4km之一。
由于闪电成像仪向地面接收系统回传数据可能产生延迟，为避免遗漏雷电数据，步骤S2中获取跳闸时间前后一定时间(2～10分钟)内的雷电数据，然后筛选出与跳闸时间相匹配的雷电数据。
步骤S3、对步骤S2获得的雷电数据进行解析和计算，确定配电网区域内雷电事件的发生时间以及经纬度坐标，如图2所示。所述雷电数据中还包括雷电类别和雷电强度。所述雷电数据为netCDF格式数据文件。
其中，雷电事件的经纬度坐标中，纬度λ和经度
通过公式1计算获得：
式中，Sd、Sn和Sxy为中间变量，无具体实际意义，是为了简化最后计算公式所设置的。
Sxy＝[(h-Sncosxcosy)2+(Snsinxcosy)2]1/2
其中，λD为卫星星下点所在经度；x＝-λs，λs为扫描角，单位为°；
为步进角，单位为°；req表示地球的半长轴，单位为km；rpol表示地球的短半轴，单位为km；h为卫星与地心连线的距离，单位为km。
步骤S4、根据步骤S3确定的雷电事件的经纬度坐标，确定出跳闸线路中杆塔坐标筛选范围；
以雷电事件发生经纬度坐标
为圆心，定位精度d为半径，划出一个圆形范围；然后，计算出该圆的外接正方形区域的左上角坐标
右上角坐标
左下角坐标
和右下角坐标
获得外接正方形区域的经纬度范围，即为杆塔坐标筛选范围；
其中，λ为雷电事件的纬度坐标，单位为°；φ为雷电事件的经度坐标，单位为°。Δλ外接正方形南北两侧的范围边界，
外接正方形东西两侧的范围边界，
d为定位精度，单位为km；R为地球半径，单位为km。
步骤S5、从供电部门数据库获取配电网跳闸线路中各杆塔坐标，确定在步骤S4获得的杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标。
步骤S6、计算步骤S5确定的杆塔坐标筛选范围内的各杆塔坐标与步骤S2确定的配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离；如果杆塔坐标筛选范围内的某杆塔坐标与雷电事件的经纬度坐标之间的距离小于或等于定位精度d，则输出该杆塔坐标；如果杆塔坐标筛选范围内的所有杆塔坐标与雷电事件的经纬度坐标之间的距离均大于定位精度d，则返回步骤S3重新定位计算；
通过公式2计算杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标与配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离D：
式中，R为地球半径，单位为km；C为中间变量，无具体实际意义，
其中，
为配电网区域内雷电事件的经纬度坐标，
为杆塔坐标；对这两个坐标按照以下法则处理：东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90减纬度值，南纬取90加纬度值，经过这样的法则处理后，雷电事件坐标与杆塔坐标两点分别记为
和
实施例
为了验证本发明的基于闪电成像仪的配电网雷电故障定位方法的可行性，现以南方某地农村配电网为基础，结合当地供电局所提供资料进行验证。
步骤S1：由某地供电公司的配电自动化信息获知，在2020年12月18日16:04:27时，10kV香宝线111#的首端断路器跳闸。
步骤S2：选取闪电成像仪定位精度d＝0.5km，通过国家气象卫星中心官网(http：//www.nsmc.org.cn/)，下载配电网区域2020年12月18日15:59:00～16:09:59时间区间的闪电成像仪FY-4A LMI采集的雷电数据。由表1可知，109°1100′E，23°9500′N为导致跳闸的闪电事件(雷电事件发生时间与跳闸时间匹配)。
步骤S3：进行数据解析，确定配电网区域内闪电事件发生时间、雷电类别和雷电强度；通过公式1计算获得闪电事件经纬度坐标，如表1所示。由表1可知，在香宝线111#架空线路的区域内，2020年12月18日15:59:00～16:09:59发生了4次闪电事件。
表1 10分钟内闪电事件信息
步骤S4：根据步骤S3确定的雷电事件的经纬度坐标，确定出跳闸线路中杆塔坐标筛选范围；计算结果如表2所示。
表2杆塔坐标筛选范围
| 位置 | 北纬/(°) | 东经/(°) |
| 左上角 | 23.9568 | 109.1055 |
| 右上角 | 23.9568 | 109.1145 |
| 左下角 | 23.9432 | 109.1055 |
| 右下角 | 23.9432 | 109.1145 |
由表2可知，纬度坐标筛选区间为23°9432′N至23°9568′N，经度坐标筛选区间109°1055′E为至109°1155′E。
步骤S5：从供电部门数据库获取配电网跳闸线路中各杆塔坐标，如表3所示。对比杆塔台账数据可得到闪电事件发生在111#架空线路的36～39#杆塔附近。
表3 10kV香宝线架空线路部分设备台账
| 杆塔编号 | 北纬/(°) | 东经/(°) |
| 32 | 23.948374 | 109.1027379 |
| 33 | 23.949921 | 109.1037578 |
| 34 | 23.9521076 | 109.1042888 |
| 35 | 23.9523387 | 109.1047987 |
| 36 | 23.9524879 | 109.1055562 |
| 37 | 23.952514 | 109.1058996 |
| 38 | 23.9526487 | 109.1064062 |
| 39 | 23.9529369 | 109.1068237 |
步骤S6:为确保配电网雷电故障定位数据的可靠性，计算步骤S5确定的杆塔坐标筛选范围内的各杆塔坐标与步骤S2确定的配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离；如表4所示。
表4验算结果
| 编号 | 距离(km) | 北纬/(°) | 东经/(°) |
| 36 | 0.53434 | 23.9524 | 109.1055 |
| 37 | 0.50604 | 23.9525 | 109.1058 |
| 38 | 0.47267 | 23.9526 | 109.1064 |
| 39 | 0.46195 | 23.9529 | 109.10682 |
由表4可知，38#、39#杆塔与闪电事件发生点距离小于定位精度d，0.5km，符合校验标准。
检修人员现场巡线检查，38#至39#杆塔架空线路当天发生了经树木雷击接地的故障。
Claims (5)
1.一种基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，适用于配电网中雷电故障定位，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、当配电网发生雷电故障后，获取配电网线路首端断路器的跳闸信息，所述跳闸信息包括跳闸线路和跳闸时间；
步骤S2、获取跳闸时间所对应的雷电数据；下载雷电数据时，选取雷电数据的定位精度d，所述定位精度d为闪电成像仪的分辨率；
步骤S3、对步骤S2获得的雷电数据进行解析和计算，确定配电网区域内雷电事件的发生时间以及经纬度坐标；
其中，雷电事件的经纬度坐标中，纬度λ和经度
通过公式1计算获得：
式中，Sd、Sn和Sxy为中间变量；
Sxy＝[(h-Sncosxcosy)2+(Snsinxcosy)2]1/2
其中，λD为卫星星下点所在经度；x＝-λs，λs为扫描角，单位为°；
为步进角，单位为°；req表示地球的半长轴，单位为km；rpol表示地球的短半轴，单位为km；h为卫星与地心连线的距离，单位为km；
步骤S4、根据步骤S3确定的雷电事件的经纬度坐标，确定出跳闸线路中杆塔坐标筛选范围；
以雷电事件发生经纬度坐标
为圆心，定位精度d为半径，划出一个圆形范围；然后，计算出该圆的外接正方形区域的左上角坐标
右上角坐标
左下角坐标
和右下角坐标
获得外接正方形区域的经纬度范围，即为杆塔坐标筛选范围；
其中，λ为雷电事件的纬度坐标，单位为°；φ为雷电事件的经度坐标，单位为°；Δλ外接正方形南北两侧的范围边界，
外接正方形东西两侧的范围边界，
d为定位精度，单位为km；R为地球半径，单位为km；
步骤S5、从供电部门数据库获取配电网跳闸线路中各杆塔坐标，确定在步骤S4获得的杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标；
步骤S6、计算步骤S5确定的杆塔坐标筛选范围内的各杆塔坐标与步骤S2确定的配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离；如果杆塔坐标筛选范围内的某杆塔坐标与雷电事件的经纬度坐标之间的距离小于或等于定位精度d，则输出该杆塔坐标；如果杆塔坐标筛选范围内的所有杆塔坐标与雷电事件的经纬度坐标之间的距离均大于定位精度d，则返回步骤S3重新定位计算。
2.根据权利要求1所述的基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，闪电成像仪的分辨率选自0.5km、1km、2km、4km之一。
3.根据权利要求1所述的基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，获取跳闸时间前后一定时间内的雷电数据，然后筛选出与跳闸时间相匹配的雷电数据。
4.根据权利要求1所述的基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，其特征在于，所述步骤S2中，雷电数据中还包括雷电类别和雷电强度。
5.根据权利要求1所述的基于闪电成像仪的配电网雷电故障快速定位方法，其特征在于，所述步骤S6中，通过公式2计算杆塔坐标筛选范围内的杆塔坐标与配电网区域内雷电事件的经纬度坐标之间的距离D：
式中，R为地球半径，单位为km；C为中间变量，
其中，
为配电网区域内雷电事件的经纬度坐标，
为杆塔坐标；对这两个坐标按照以下法则处理：东经取经度的正值，西经取经度的负值，北纬取90减纬度值，南纬取90加纬度值，经过这样的法则处理后，雷电事件坐标与杆塔坐标两点分别记为
和
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