CN114217170A - 基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置及方法，该装置包括多个柔性罗氏电流互感器、两个磁传感器阵列、电流数据采集传输模块和上位机，对于共用同一地线的多个开关柜，多个柔性罗氏电流互感器分别安装于各个开关柜间隔位置的地线上，用于感测电流方向，两个磁传感器阵列分别安装于多个开关柜共用的同一地线的首、尾两端，用于感测雷电侵入开关柜的情况；多个柔性罗氏电流互感器和两个磁传感器阵列分别与电流数据采集传输模块电性连接，电流数据采集传输模块连接上位机，以将采集的数据传输给上位机进行分析处理，定位雷电入侵开关室位置。该装置及方法有利于自动、快速、有效地发现雷电入侵开关室故障并对故障位置进行定位。

Description

基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置及方法

技术领域

本发明属于电力故障检测领域，具体涉及一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置及方法。

背景技术

随着社会的不断发展，电力系统在我国工业生产和日常生活中得到了广泛应用，电能已成为现代工业生产的主要能源和动力，确保高质量、稳定的电能供应是电力公司的工作重点之一。然而，在雷电多发的南方地区，变电站遭受雷电袭击导致大面积停电的事故时有发生，雷电袭击带来的大面积停电不仅给用户造成不便，还常造成变电站10~35 kV开关柜的损坏，经济损失严重。因此，对雷电侵入变电站的研究刻不容缓。

雷电侵入开关柜的主要方式可以分为四种：1）空中电荷直接/间接对电力设备放电，及雷电直击/绕击。一次雷击主放电一般为几万到几十万安，会产生瞬间的高热和电动力；2）直击雷电流入地散流后会使地网电位上升，导致各支线上电位差距很大，导致不同等地位上的电子设备损坏，及雷电反击。3）直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应向四周辐射，导致设备和地网过电压，及感应雷过电压。4）通过远方落雷、直击或电磁感应和静电感应方式从高压输电线路、配电线路等途径侵入变电站，即雷电波入侵。

但由于现场情况的特殊性，10~35 kV采用同排安装，共用接地铜排的方式，当雷电波侵入后或绝缘故障后均会通过柜体引流至接地铜排，后经接地网泄流至大地，传统的方式仅能通过肉眼观察的烧灼痕迹的方式来判断哪个开关柜间隔发生故障，无法判断故障类型和哪个开关柜间隔受到雷电侵入或发生绝缘故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置及方法，该装置及方法有利于自动、快速、有效地发现雷电入侵开关室故障并对故障位置进行定位。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置，包括多个柔性罗氏电流互感器、两个磁传感器阵列、电流数据采集传输模块和上位机，对于并排安装于开关室内并共用同一地线的多个开关柜，所述多个柔性罗氏电流互感器分别安装于相邻开关柜间隔位置的地线上，用于感测电流方向，所述两个磁传感器阵列分别安装于所述多个开关柜共用的同一地线的首、尾两端，用于感测雷电侵入开关柜的情况；所述多个柔性罗氏电流互感器和两个磁传感器阵列分别与电流数据采集传输模块电性连接，以上传采集的数据，所述电流数据采集传输模块连接上位机，以将采集的数据传输给上位机进行分析处理，定位雷电入侵开关室位置。

进一步地，所述柔性罗氏电流互感器由两个方向相反的柔性罗氏线圈组成。

进一步地，所述电流数据采集传输模块和上位机设置于开关室内机柜内。

本发明还提供了一种基于上述装置的雷电入侵开关室定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过两个磁传感器阵列感测雷电侵入开关柜的情况；通过各个柔性罗氏电流互感器感测相邻开关柜间隔位置的电流方向；

当两个磁传感器阵列感测到雷电侵入或故障电流时，首先判断是雷电侵入还是接地故障，当判断是雷电侵入时，通过磁传感器阵列判断雷电侵入方式是线路侵入还是雷电反击，当电流方向为流入开关柜时，判断为雷电反击，当电流方向为流入大地时，判断为线路雷电波入侵；

当判断为线路雷电波入侵时，找到电流方向相反的两个柔性罗氏电流互感器，判定这两个柔性罗氏电流互感器之间的间隔发生雷电入侵，从而实现雷电入侵位置判定。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：提供了一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置及方法，该装置及方法通过柔性罗氏电流互感器和磁传感器阵列的设置和配合工作，能够自动、及时、有效地检测到雷电入侵开关室故障，判断故障类型，并对雷电入侵开关室的位置进行准确定位。此外，该装置结构简单，易于实现。因此，本发明具有很强的实用性和广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明实施例的装置结构示意图。

图2为本发明实施例中开关室内开关柜布置示意图。

图3为本发明实施例中同排开关柜电气连接示意图。

图4为本发明实施例中磁传感器阵列判断情况示意图。

图5为本发明实施例中柔性罗氏电流互感器判断情况示意图。

图6为本发明实施例中间隔判断逻辑图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明做进一步说明。

应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例提供了一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置，包括多个柔性罗氏电流互感器、两个磁传感器阵列、电流数据采集传输模块和上位机。

现有开关柜内的情况为：同一排的开关柜串行连接，开关柜布置方式如图2所示。由于同一排开关柜采用串行的连接方式，使得其采用共用接地铜排的方式，即同一排串接的开关柜采用同一接地铜排，安装方式如图3所示。

如图1所示，对于并排安装于开关室内并共用同一地线的多个开关柜，所述多个柔性罗氏电流互感器分别安装于相邻开关柜间隔位置的地线上，即两个相邻串行开关柜之间的接地铜排上，具体安装方式为将柔性罗氏电流互感器通过绝缘装置套于接地铜排上，用于感测电流方向。其中，所述柔性罗氏电流互感器由两个方向相反的柔性罗氏线圈组成。所述两个磁传感器阵列分别安装于所述多个开关柜共用的同一地线的首、尾两端，即将磁传感器阵的PCB电路装置套于接地铜排上，用于感测雷电侵入开关柜的情况。所述多个柔性罗氏电流互感器和两个磁传感器阵列分别与电流数据采集传输模块电性连接，以上传采集的数据，所述电流数据采集传输模块连接上位机，以将采集的数据传输给上位机进行分析处理，定位雷电入侵开关室位置。

在本实施例中，所述电流数据采集传输模块和上位机设置于开关室内机柜内。

本实施例还提供了基于上述装置的雷电入侵开关室定位方法，包括以下步骤：

1、通过两个磁传感器阵列感测雷电侵入开关柜的情况；通过各个柔性罗氏电流互感器感测相邻开关柜间隔位置的电流方向。

2、磁传感器阵列可用于区分是雷电侵入还是接地故障情况。当两个磁传感器阵列感测到雷电侵入或故障电流时，首先判断是雷电侵入还是接地故障。当判断是雷电侵入时，通过磁传感器阵列判断雷电侵入方式是线路侵入还是雷电反击，当电流方向为流入开关柜时，判断为雷电反击，当电流方向为流入大地时，判断为线路雷电波入侵，如图4所示。

由于雷电波的信号为脉冲信号，其中存在一定的直流分量，磁传感器能够测量直流低频信号，罗氏线圈是无法测量直流分量的。此外，由于其采用固定方式套环的安装方式，其PCB电路板可根据现场情况进行设计和固定，具有更高的精度。

3、当判断为线路雷电波入侵时，多个同方向的罗氏电流互感器单元被用于判断雷电侵入的位置，如图5所示。雷电入侵位置判定方法为：找到电流方向相反的两个柔性罗氏电流互感器，判定这两个柔性罗氏电流互感器之间的间隔发生雷电入侵，从而实现雷电入侵位置判定。

磁传感器阵列可以测量直流和交流分类，雷电侵入波主要为直流和高频分量，而接地故障中主要为工频分量。因此，可以通过磁传感器阵列判断是雷电侵入还是接地故障。

线路侵入的情况，是通过避雷器动作（或开关柜泄露）至地排再到大地，而雷电反击指的是当户外大地被雷击时，产生感应过电压，电流方向和线路受到雷电直击方向是不同的，因此可以通过磁传感器阵列判断。

通常情况下，户外线路上发现接地故障时，地线上仅能感测到母线PT的电流变化，不能判断是哪个间隔发生接地故障，而雷电侵入因为避雷器会动作，在开关柜内会进行放电至地线上，因此可以进行选线。双层罗氏线圈的考虑是因为开关柜是金属连接的，部分也会分流，所以双层相反可抵消外部的干扰，进而提高判断准确性。

本实施例中，安装双绕组罗氏电流互感器单元的原因是：1）柔性罗氏线圈造价低、精度较差，但使用方式灵活，适用于开关柜内狭小的空间。2）由于开关柜为串行连接，开关柜柜体均接地且相互连通，这就导致了电流路径存在分流的问题，即当雷电入侵后，其部分电流可沿着柜体进行流通，而这样的方式改成了磁场的变化，极易对柔性罗氏线圈的方向判断产生干扰，利用两个绕组方向相反（极性不同）的罗氏线圈来抵消干扰，只有当两个传感方向不同罗氏线圈感测到电流方向为相反时，才判断此时感测的信号为真，此时整组罗氏电流互感器单元输出信号为正确。其判断的逻辑图如图6所示。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置，其特征在于，包括多个柔性罗氏电流互感器、两个磁传感器阵列、电流数据采集传输模块和上位机，对于并排安装于开关室内并共用同一地线的多个开关柜，所述多个柔性罗氏电流互感器分别安装于相邻开关柜间隔位置的地线上，用于感测电流方向，所述两个磁传感器阵列分别安装于所述多个开关柜共用的同一地线的首、尾两端，用于感测雷电侵入开关柜的情况；所述多个柔性罗氏电流互感器和两个磁传感器阵列分别与电流数据采集传输模块电性连接，以上传采集的数据，所述电流数据采集传输模块连接上位机，以将采集的数据传输给上位机进行分析处理，定位雷电入侵开关室位置。

2.根据权利要求1所述的基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置，其特征在于，所述柔性罗氏电流互感器由两个方向相反的柔性罗氏线圈组成。

3.根据权利要求1所述的基于地网电流分布的雷电入侵开关室定位装置，其特征在于，所述电流数据采集传输模块和上位机设置于开关室内机柜内。

4.一种基于如权利要求1-3所述装置的雷电入侵开关室定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

通过两个磁传感器阵列感测雷电侵入开关柜的情况；通过各个柔性罗氏电流互感器感测相邻开关柜间隔位置的电流方向；

当两个磁传感器阵列感测到雷电侵入或故障电流时，首先判断是雷电侵入还是接地故障，当判断是雷电侵入时，通过磁传感器阵列判断雷电侵入方式是线路侵入还是雷电反击，当电流方向为流入开关柜时，判断为雷电反击，当电流方向为流入大地时，判断为线路雷电波入侵；

当判断为线路雷电波入侵时，找到电流方向相反的两个柔性罗氏电流互感器，判定这两个柔性罗氏电流互感器之间的间隔发生雷电入侵，从而实现雷电入侵位置判定。

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