一种架空输电线路雷击电流监测方法和雷击故障识别方法技术

本发明专利技术提供了一种新型的、易于实现的架空输电线路雷击电流监测方法以及线路雷击故障识别方法。包括：雷击架空输电线路杆塔塔顶和杆塔档距中央地线雷击电流反演算法；雷击故障类型识别方法和线路雷击概率观测和引雷宽度推算方法。本发明专利技术提供的技术方案对提升架空输电线路雷电性能及风险评估水平，以及优化线路雷电防护设计和提高线路雷电防护水平，均具有重要应用价值。

Lightning current monitoring method for overhead transmission line and lightning fault identification method

The invention provides a novel and easy to realize lightning current monitoring method for overhead transmission lines and a lightning fault recognition method of the transmission line. Including: Lightning overhead transmission line tower tower and tower span central ground lightning current inversion algorithm; calculation method of lightning fault type identification method and the lightning probability observation and lightning width. The technical proposal provided by the invention has important application value for improving the lightning performance and the risk evaluation level of the overhead transmission line, optimizing the lightning protection design of the line and improving the lightning protection level of the line.

【技术实现步骤摘要】
一种架空输电线路雷击电流监测方法和雷击故障识别方法
本专利技术涉及电力系统中电网安全与保护应用领域，具体涉及一种架空输电线路雷击电流监测方法和雷击故障识别方法。
技术介绍
专门针对雷击架空输电线路的监测工作从上世纪50年代开始展开：为了获得输电线路雷电流幅值分布、线路雷电过电压幅值、击杆率、杆塔分流系数、雷击跳闸等规律，苏联科学院在电力系统中安装了约14万个磁钢记录器及近7000个电花仪，如图1所示的前苏联线路雷电监测方法。三年中，总计得到约1350次雷电流记录，为苏联过电压规程的制订提供了宝贵的资料。其中a)磁钢棒安装示意图；b)悬挂在输电线路上的电花仪；在上世纪60年代，美国新建设的345kV超高压输电线路发生了很多的雷击跳闸故障，美国爱迪生(E.E.I)公司从1967年开始在高压以及345kV超高压输电线路上安装寻迹器(Pathfinder)以判断线路雷击跳闸的原因，原理是利用安装于线路绝缘子串低压末端上的电流采集环采集电流信号，通过内部逻辑电路来判断电流流向以区分绕击及反击(绕击是导线处于高电位，发生导线对杆塔闪络；反击是杆塔处于高电位，发生杆塔对导线闪络)，如图2所示。寻迹器的使用为实际运行输电线路绕击率的实测提供了监测手段，正是基于寻迹器的监测数据，美国学者提出了电气几何模型，对其中的相关系数的进行了修正取值，并采取了优化地线布置(减小地线保护角)以降低超高压输电线路绕击跳闸率。图2美国345kV输电线路上安装的寻迹器；上世纪90年代初，在日本新建成的1000kV特高压交流同塔双回输电线路(降压500kV运行)上发生了多次雷击跳闸故障，其雷击跳闸率远高于500kV线路的水平。为了获取该线路雷击雷电流活动规律，日本1994～1997年在该线路60个杆塔塔顶安装了2.5m长的引雷针,并在引雷针上安装罗氏线圈测量雷击塔顶的雷电流，并采用光纤和无线数据传输手段将罗氏线圈监测到的雷电流实时发送到用户终端，如图3所示；同时在塔顶安装摄像设备对雷击进行拍照，获取了大量的输电线路周围发生雷击的图片，如图4所示。图3日本特高压线路塔顶安装引雷针及罗氏线圈的现场布置与测量方案图；(a)雷电绕击导线照片(onephotoforthelightningshieldingfailure)(b)雷击大地和避雷线照片(onephotoforthelightningstroketogroundandtogroundwire)图4日本输电线路雷电监测系统拍摄的雷击照片；我国雷电监测工作从上世纪60年代开始展开，通过引进吸收前苏联的技术，从1962起，在我国1960年投运的第一条220kV线路——新杭线I回路上，安装了大量磁钢棒，以测量线路雷击雷电流幅值等雷电活动参数，在1962—1988年的2824km·a监测段上共测得了716次雷击记录，据此制定了我国雷电流幅值概率密度分布公式等一系列雷电参数标准，为我国雷电过电压标准的制度以及防雷措施的研究提供了宝贵的运行经验。上世纪80年代末，采用磁钢棒监测线路雷电活动规律这种方法由于需要耗费大量人力，而基层员工又缺乏相应的激励机制，这项基础工作也慢慢停止。与此同时，随着美国雷电定位技术的引进，中国学者更倾向于采用雷电定位系统来监测输电线路雷电活动规律，包括利用雷电定位技术制定区域雷电地闪密度分布图、雷电流概率分布统计规律、线路雷击故障定位等。然而，上世纪70年代美国学者Uman等提出并建立的雷电定位系统。通过对多年的雷电定位系统的运行经验和理论分析研究发现，由于地球表面高度起伏的地形、大气对电磁波的吸收与折射以及土壤电气特性等因素导致雷电辐射出的电磁波在大气传播过程中传播路径、波速发生了改变，而且造成了雷电脉冲的衰减和畸变，目前，雷电定位系统的平均定位误差在0.5km至2km之间，而雷电流的测量误差还无法确定，据此，世界绝大部分国家未采用雷电定位系统的雷电流幅值和波形监测数据。鉴于雷电定位系统存在的局限性，我国近年来开展了其他一系列输电线路雷击电流监测探索工作，如采用线路两端安装的行波定位装置、故障录波测距装置，主要目的是进行线路雷击故障定位，不能对线路雷击电流进行监测；另外，在线路顶部羊角处安装引雷针并采用罗氏线圈监测塔顶雷击电流，主要是对塔顶雷击电流进行精确和实时监测，也可用于对雷电定位系统测量的雷电流进行标定，如图5所示，该方法不能直接判断线路雷击故障类别；还有在线路绝缘子串低压末端和杆塔地线支架上装设罗氏线圈的输电线路雷击电流实时监测装置，可以实现线路反击和绕击故障判别与线路雷击电流监测，如图6所示，与美国寻迹器的原理相类似，其对线路反击和绕击故障判别功能实现的前提是假设线路雷击闪络是沿绝缘子串发生。图5线路塔顶安装引雷针及罗氏线圈监测直击塔顶雷电流方案图图6在中国110kV单回线路上装设的雷击电流实时监测装置现场布置图近年来，我国许多地区架空输电线路上安设了雷击在线监测装置(采用罗斯线圈测量传感器)，该装置装设在架空线路中间的导线上，每隔20km左右布置一个测点。其能根据测量的雷击电流或其感应电流波形的极性来判断反击和绕击。图7架空线路中间的导线上安装的雷电流监测装置结构示意图反击故障时，雷击塔顶致使绝缘子串闪络前，雷电流先流过避雷线，会在输电线路各相上感应出一个与雷电流极性相反的脉冲。闪络后，雷电流流过故障相，且非故障相上继续受到雷电流的感应作用。因此，故障相暂态电流波形包含闪络时刻前感应出的反极性脉冲、闪络时刻后的雷电流前行波，非故障相暂态电流波形仅包含与雷电流极性相反的感应电流。相比之下，绕击时故障相暂态电流为，闪络前流过故障相的雷电流，闪络后流过经故障点杆塔入地的那部分雷电流的反射波，二者极性相同，叠加后不会出现反极性脉冲。
技术实现思路
为解决上述现有技术中的不足，本专利技术的目的是提供一种架空输电线路雷击电流监测方法和雷击故障识别方法，对提升架空输电线路雷电性能及风险评估水平，以及优化线路雷电防护设计和提高线路雷电防护水平，均具有重要应用价值。本专利技术的目的是采用下述技术方案实现的：本专利技术提供一种架空输电线路雷击电流监测装置测点布置方法，其改进之处在于，所述方法包括：在架空输电线路两端变电站或开关站处的三相导线布置雷击电流监测装置：所述雷击电流监测装置测量频带为0.1Hz～10MHz；雷击电流监测装置采用两个采样速率的示波器，一个是100ns/点，持续时间500μs；一个是10μs/点，持续时间20ms；触发电压设定为对于为1kHz及以上频率分量的电流达到0.3倍的架空输电线路的运行电压；测量电流通过GPS同步，同步误差在微秒级；在架空输电线路中间每基杆塔或雷电活动强烈地区(雷电标准有相关准确定义)架空输电线路段上布置雷击电流监测装置，即在杆塔塔顶地线羊角上固定长3m的引雷针，并在引雷针以及每根地线两侧、地线离开杆塔0.5m～1.5m位置处的位置上装设6个(双避雷线架空输电线路)雷电流测量装置测点。本专利技术提供一种架空输电线路雷击电流监测装置中杆塔塔顶和杆塔档距中央地线雷击电流反演方法，其改进之处在于，所述方法包括：根据引雷针监测获得的雷击电流，结合仿真计算不同雷击电流通道波阻抗模型、雷电流幅值、杆塔高度和波阻抗特征的雷击杆塔塔顶后在杆塔测点处的雷击电流波形特征本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种架空输电线路雷击电流监测装置测点布置方法，其特征在于，所述方法包括：在架空输电线路两端变电站或开关站处的三相导线布置雷击电流监测装置：所述雷击电流监测装置测量频带为0.1Hz～10MHz；雷击电流监测装置采用两个采样速率的示波器，一个是100ns/点，持续时间500μs；一个是10μs/点，持续时间20ms；触发电压设定为对于为1kHz及以上频率分量的电流达到0.3倍的架空输电线路的运行电压；测量电流通过GPS同步，同步误差在微秒级；在架空输电线路中间每基杆塔或雷电活动强烈地区架空输电线路段上布置雷击电流监测装置，即在杆塔塔顶地线羊角上固定长3m的引雷针，并在引雷针以及每根地线两侧、地线离开杆塔0.5m～1.5m位置处的位置上装设6个雷电流测量装置测点。

【技术特征摘要】
1.一种架空输电线路雷击电流监测装置测点布置方法，其特征在于，所述方法包括：在架空输电线路两端变电站或开关站处的三相导线布置雷击电流监测装置：所述雷击电流监测装置测量频带为0.1Hz～10MHz；雷击电流监测装置采用两个采样速率的示波器，一个是100ns/点，持续时间500μs；一个是10μs/点，持续时间20ms；触发电压设定为对于为1kHz及以上频率分量的电流达到0.3倍的架空输电线路的运行电压；测量电流通过GPS同步，同步误差在微秒级；在架空输电线路中间每基杆塔或雷电活动强烈地区架空输电线路段上布置雷击电流监测装置，即在杆塔塔顶地线羊角上固定长3m的引雷针，并在引雷针以及每根地线两侧、地线离开杆塔0.5m～1.5m位置处的位置上装设6个雷电流测量装置测点。2.一种架空输电线路雷击电流监测装置中杆塔塔顶和杆塔档距中央地线雷击电流反演方法，其特征在于，所述方法包括：根据引雷针监测获得的雷击电流，结合仿真计算不同雷击电流通道波阻抗模型、雷电流幅值、杆塔高度和波阻抗特征的雷击杆塔塔顶后在杆塔测点处的雷击电流波形特征规律，反推获得实际雷击塔顶雷电流的幅值和波形；对于两杆塔档距中央地线雷击电流，根据地线两端监测的雷电流波形，结合仿真计算将地线均匀分段、不同幅值雷电流击于分段的中央位置时两端雷电流监测装置测点的雷电流特征规律，反推获得雷击点和雷击电流的幅值大小；所述地线至少分5段，且每段长度不超过50m。3.一种架空输电线路雷击电流监测装置的雷击故障类型识别方法，其特征在于，所述方法通过判断雷击电流监测装置中流经杆塔塔顶、档距中央的地线和绕击导线的雷击电流实现，包括：a.雷击杆塔塔顶，在杆塔塔顶引雷针上流过了雷电流，该电...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志军，戴敏，万磊，王磊，张波，范冕，何慧雯，娄颖，李振强，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院，国家电网公司，国网湖北省电力公司，
类型：发明
国别省市：北京,11