CN115656732B - 一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法及系统，属于新型电力系统智能制造和继电保护领域。本发明为在OPGW上施加持续的偏振光信号，当输电线路遭受雷击时，采集雷击后输电线路站端突变光信号数据，利用向后差分计算提取极值点，将其与幅值整定值进行比较；若大于幅值整定值，则判断为雷击反击；若小于幅值整定值，则根据第2极值点与第3极值点进行直线拟合，计算出拟合直线斜率来量化表现雷电冲击速率，将直线斜率的绝对值与斜率整定值进行比较，若大于斜率整定值，则判断为绕击故障；若小于斜率整定值，则判断为普通故障。

Description

一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法及系统
技术领域
本发明涉及一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法及系统，属于新型电力系统智能制造和继电保护领域。
背景技术
雷电是一种瞬间释放巨大能量而且破坏力极强的大气放电现象，由于输电线路在电力系统中占有重要地位，且具有范围广、有效体积大、路程长等特点，所以输电线路整体遭受雷击的概率要远高于其他电气元件。据国际大电网委员会公布，美国、日本等12国所发生的线路故障中，雷击事故占40%～60%。据2016年南方电网110kV及以上线路跳闸原因统计，雷击引起的跳闸数量占线路跳闸总数的66.81%。因此对输电线路普通故障和雷击故障的性质进行分析，可以更加直观的认识雷击故障的特点，对研究识别雷击故障有着积极的意义。
随着智能电网的发展，具有防雷和通信双功能的光纤符合架空地线（OPGW）在电力系统中被广泛运用，特别是近年来，由于相比于电信号，光信号在光纤中传播稳定性强、抗干扰能力强等优势，对光纤中光偏振态的辨识技术越来越成熟，并且在特定情况下，光信号与电信号表现出相似的特性，基于OPGW的故障定位、雷击定位等技术得以快速发展。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法及系统，用于对输电线路普通故障和雷击故障的性质进行分析。
本发明采用的技术方案是：一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，包括如下步骤：
Step1：在OPGW上施加持续的偏振光信号，当输电线路遭受雷击时，采集输电线路站端突变光信号数据；
Step2：利用差分函数提取Step1所采集站端突变光信号数据的极值点，将其与幅值整定值进行比较；若大于幅值整定值，则判断为雷击反击；若小于幅值整定值，则进行后续步骤；其中幅值整定值由大量仿真数据得到。
Step3：对第2极值点与第3极值点做直线拟合并计算出拟合直线斜率的绝对值；
Step4：将拟合直线斜率的绝对值和斜率整定值做比较，若拟合后直线斜率的绝对值大于斜率整定值，则为绕击故障；若小于斜率整定值，则为普通故障；其中斜率整定值由大量仿真数据得到。
具体地，Step1所述的“光信号接收装置”为处于输电线路站段能够检测光偏振态的设备。
假设光信号初始时刻的坐标点为P 0（A 0,B 0,C 0），当线路遭受雷击时光偏振态发生变化后的坐标点为P 1（A 1,B 1,C 1）,则P 0与P 1之间的角度ϕ 1即可量化表征光偏振态随时间的变化。
Figure 756147DEST_PATH_IMAGE001
因此，只需能够时刻检测出P 0的坐标电以及光偏振态发生变化后的坐标点便可以实现对光偏振态变化ϕ 1的实时监测。
具体地，Step1所述的“突变光信号数据”为在OPGW上所施加的发生突变的持续偏振光信号。
当输电线路遭受雷击时，雷电流在OPGW内部产生一个沿其轴线方向上的磁场，当此时OPGW中传输持续的偏振光信号时其偏振态会发生变化，同时由于磁场和电场具有同步性，当雷电流注入时，光的偏振态也会随磁场的突变而突变，根据法拉第效应，可以用公式表示为：
θ=VBI
其中θ为偏振光的偏转角度，V为费尔德常数，B为平行于光传播方向的磁感应强度，I为偏振光在磁场中的穿越长度。
具体地，Step2所述的“极值点”为进行后向差分计算后提取出的站端偏振光信号突变点：
Δf(n)= f(n)- f(n-1)
式中，f(n)为第n点的突变光信号数据，f(n-1)为第n-1点的突变光信号数据，Δf(n)为函数f(n)在点n的一阶差分。
具体地，Step2中所述的“雷击反击”为雷击避雷线或杆塔顶部。
具体地，Step3中所述的“直线拟合”为第2极值点与第3极值点之间通过直线连接的方法所得到的体现两相邻极值点变化趋势的直线。
具体地，Step3中所述的“斜率”为能够利用两点式量化表现雷电冲击速率的具体数值；
Figure 42772DEST_PATH_IMAGE002
式中：u n 为第n个突变光信号数据峰值点，u n+1为第n+1个突变光信号数据峰值点幅值，t n 为第n个突变光信号数据峰值点幅值所对应的时间，t n+1为第n+1个突变光信号数据峰值点幅值所对应的时间。
具体地，Step4中所述的“雷击绕击”为雷击绕过避雷线直击线路。
一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的系统，包括：
数据采集模块，用于采集雷击后输电线路站端突变光信号数据；
数据处理模块，用于提取Step1所采集站端突变光信号数据的极值点，对第2极值点与第3极值点做直线拟合并计算出拟合后直线斜率的绝对值；
幅值对比匹配模块，将其与幅值整定值进行比较；若大于幅值整定值，则判断为雷击反击；若小于幅值整定值，则进入斜率比对匹配模块。
斜率对比匹配模块，用于将拟合后直线斜率的绝对值和斜率整定值做比较，若拟合后直线斜率的绝对值大于斜率整定值，则为反击故障；若小于斜率整定值，则为普通故障。
本发明的有益效果是：
（1）本发明使用光信号来进行数据处理并最终判断雷击故障还是普通故障，与传统利用电信号来进行判断相比，光信号受外部风扰动、温度的影响更小，且在传播过程中的损耗更小，更能清晰的表现出信号受雷电流磁场影响后的突变波形。
（2）本发明主要区分出输电线路所发生的故障为雷击故障还是普通故障，以此为保护装置提供判据。根据输电线路上不同的故障类型采取不同的措施，可以显著提高电力系统的运行稳定性，保障电力系统安全可靠的运行。
（3）本发明主要为保护装置提供判据，所以需要在雷击故障或者普通故障发生后的短时窗内快速判断出是否为雷击故障，这样保护装置的速动性才得以保证。本发明实质上是比较第1个波头后的拟合直线的斜率，在输电线路发生故障后，第1个波头到达站端并被采集的时间极短，完全满足保护装置的速动性要求。
（4）本发明仅利用第2极值点和第3极值点的斜率值大小即可判断是否为雷击故障，判据计算简易，能够在保证速动性的同时准确判断是否为雷击故障。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将其所需要使用的附图作简单的介绍，下面描述中的附图为实施例所搭建模型及对应模拟情况的电气量信息，对于本领域技术人员来讲，可以根据这些附图获得所需的信息。
图1是本发明的流程图；
图2是实施例搭建线路；
图3是实施例1突变光信号数据；
图4是实施例1向后差分计算；
图5是实施例1第2极值点与第3极值点间的连线；
图6是实施例2突变光信号数据；
图7是实施例2向后差分计算；
图8是实施例2第2极值点与第3极值点间的连线。
具体实施方式
下面通过搭建输电线路模型和雷击模型来进行雷击模拟，通过多波阻抗模型来模拟绝缘子被击穿后的输电线路运行情况，在模拟了单相短路接地故障、两相短路故障、两相短路接地故障、三相短路故障、雷击绕击故障、雷击反击故障后，获得了大量的仿真数据，证实该方法能够明确判别出输电线路所发生故障是否为雷击故障，下列实施例分别模拟了雷击故障和三相短路故障两种情况的具体实施方式。搭建模型如图2所示，线路长度为300km，母线N的出线类型均为Ⅲ类母线，u f 为输电线路中雷击点的位置。
实施例1：此时，输电线路遭受雷击后，绝缘子被击穿，雷电流选用负极性2.6/50μs双指数波，雷击位置为距M母线100km处。
Step1：在OPGW上施加持续的偏振光信号，当输电线路遭受雷击时，利用处于输电线路站端的光信号接收装置，采集站端突变光信号数据，如图3所示。
Step2：利用差分函数提取Step1所采集站端突变光信号数据的极值点，差分计算结果如图4所示，极值点幅值小于幅值整定值。
Step3：对第2极值点与第3极值点做直线拟合，如图5所示，然后计算出拟合后直线斜率的绝对值。
Step4：比较拟合直线斜率k与斜率整定值k set ，可得知∣k∣≥k set ，判断为雷击故障，与实际结果相同。
实施例2，此时，输电线路在距M母线100km处发生三相短路故障，并持续1s。
Step1：在OPGW上施加持续的偏振光信号，当输电线路遭受雷击时，利用处于输电线路站端的光信号接收装置，采集站端突变光信号数据，如图6所示。
Step2：利用差分函数提取Step1所采集站端突变光信号数据的极值点，差分计算结果如图7所示，极值点幅值小于幅值整定值。
Step3：对第2极值点与第3极值点做直线拟合，如图8所示，然后计算出拟合后直线斜率的绝对值。
Step4：比较拟合直线斜率k与斜率整定值k set ，可得知∣k∣＜k set ，判断为普通故障，与实际结果相同。
上面结合图对本发明的具体实施方式作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种变化。

Claims (6)

1.一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，其特征在于：包括如下步骤：
Step1：在OPGW上施加持续的偏振光信号，当输电线路遭受雷击时，采集输电线路站端突变光信号数据；
Step2：利用差分函数提取Step1所采集站端突变光信号数据的极值点，将其与幅值整定值进行比较；若大于幅值整定值，则判断为雷击反击；若小于幅值整定值，则进行后续步骤；
Step3：对第2极值点与第3极值点做直线拟合并计算出拟合直线斜率的绝对值；
Step4：将拟合直线斜率的绝对值和斜率整定值做比较，若拟合后直线斜率的绝对值大于斜率整定值，则为绕击故障；若小于斜率整定值，则为普通故障；
Step2所述的极值点为进行后向差分计算后提取出的站端光偏振态信号数据突变点：
Δf(n)= f(n)- f(n-1)
式中，f(n)为第n点的突变光信号数据，f(n-1)为第n-1点的突变光信号数据，Δf(n)为函数f(n)在点n的一阶差分。
2.根据权利要求1所述的一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，其特征在于：Step1所述的OPGW是一种由光单元和地单元组成的新型复合架空地线，其中光单元由光纤芯和保护管组成，光纤芯用于传输偏振光信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，其特征在于：Step1所述的突变光信号数据为在OPGW上所施加的发生突变的持续偏振光信号；
当输电线路遭受雷击时，雷电流在OPGW内部产生一个沿其轴线方向上的磁场，当此时OPGW中传输持续的偏振光信号时其偏振态会发生变化，同时由于磁场和电场具有同步性，当雷电流注入时，光的偏振态也会随磁场的突变而突变，根据法拉第效应，用公式表示为：
θ=VBL
其中θ为偏振光的偏转角度，V为费尔德常数，B为平行于光传播方向的磁感应强度，L为偏振光在磁场中的穿越长度。
4.根据权利要求1所述的一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，其特征在于：Step3中所述的直线拟合为第2极值点与第3极值点之间通过直线连接的方法所得到的体现两相邻极值点变化趋势的直线。
5.根据权利要求1所述的一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，其特征在于：Step3中所述的斜率为能够利用两点式量化表现雷电冲击速率的具体数值；
Figure QLYQS_1
；
式中：u n 为第n个突变光信号数据峰值点，u n+1为第n+1个突变光信号数据峰值点幅值，t n 为第n个突变光信号数据峰值点幅值所对应的时间，t n+1为第n+1个突变光信号数据峰值点幅值所对应的时间。
6.一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的系统，其特征在于：采用权利要求1所述的一种基于雷电冲击速率识别雷击故障的方法，包括：
数据采集模块，用于采集雷击后输电线路站端突变光信号数据；
数据处理模块，用于提取Step1所采集站端突变光信号数据的极值点，对第2极值点与第3极值点做直线拟合并计算出拟合后直线斜率的绝对值；
幅值对比匹配模块，将其与幅值整定值进行比较；若大于幅值整定值，则判断为雷击反击；若小于幅值整定值，则进入斜率比对匹配模块；
斜率对比匹配模块，用于将拟合后直线斜率的绝对值和斜率整定值做比较，若拟合后直线斜率的绝对值大于斜率整定值，则为反击故障；若小于斜率整定值，则为普通故障。
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104808088A (zh) * 2015-05-05 2015-07-29 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于雷电定位系统记录与线路行波数据的雷电绕击与反击识别方法
CN110765666A (zh) * 2019-11-26 2020-02-07 国网山东省电力公司电力科学研究院 分叉雷引起输电线路雷击间接击穿故障的仿真方法

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104655987B (zh) * 2015-02-28 2017-08-11 武汉大学 一种基于opgw光偏振态的输电线路雷击点定位新方法
CN107015109B (zh) * 2017-03-22 2018-09-07 贵州电网有限责任公司输电运行检修分公司 一种基于opgw的输电线路感应雷与直击雷的识别方法
CN107064677A (zh) * 2017-04-05 2017-08-18 昆明理工大学 一种判别输电线路雷击闪络与未闪络的方法
CN109270346A (zh) * 2018-10-22 2019-01-25 贵州电网有限责任公司 一种opgw雷击处偏振态波形信号处理方法
CN110018399B (zh) * 2019-05-15 2020-11-24 武汉康普常青软件技术股份有限公司 一种基于输电线路opgw中光信号偏振态的雷击故障定位方法
CN113588452B (zh) * 2021-07-30 2023-10-27 国网青海省电力公司信息通信公司 电缆寿命预测方法和装置以及处理器和存储介质

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104808088A (zh) * 2015-05-05 2015-07-29 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于雷电定位系统记录与线路行波数据的雷电绕击与反击识别方法
CN110765666A (zh) * 2019-11-26 2020-02-07 国网山东省电力公司电力科学研究院 分叉雷引起输电线路雷击间接击穿故障的仿真方法

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