基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法技术

本发明专利技术涉及一种基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，属于波形分析技术领域。本发明专利技术方法基于光学集成电场传感器的测量数据，通过滤波、过电压提取、解耦等方法，将三相独立的雷电过电压波形从原始波形中分离出来，并根据IEC中对雷电冲击电压标准波形的波前时间、半峰值时间和过电压倍数的定义，将所测量到的波形参数在时域内进行统计分析。该方法基于光学集成电场传感器，具有安装方便，便于测量的特点。

Time domain statistical method of lightning waveform parameters based on optical integrated electric field sensor

The invention relates to a time-domain statistical method for lightning waveform parameters based on an optical integrated electric field sensor, belonging to the waveform analysis technology field. The method of the invention is based on the measurement data of the optical integrated electric field sensor, separates the three-phase independent lightning overvoltage waveform from the original waveform by filtering, overvoltage extraction, decoupling and other methods, and defines the wavefront time, half peak time and overvoltage multiple of the lightning impulse voltage standard waveform in IEC. Statistical analysis of the measured waveform parameters is carried out in the time domain. The method is based on the optical integrated electric field sensor, which has the characteristics of convenient installation and convenient measurement.

【技术实现步骤摘要】
基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法
本专利技术涉及一种基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，属于波形分析

技术介绍
高压架空输电线路是电力系统中重要组成部分，其分布很广、纵横交错、绵延数百里乃至上千公里，所以极易受雷击。统计资料显示，我国高压架空输电线路由雷击引起的跳闸次数占运行总跳闸次数的40％-70％。2012年，南方电网110kV及以上电压等级输电线路雷击跳闸1894次，占线路总跳闸次数的65.4％。在多雷、山区以及土壤电阻率较高的地区，雷击架空线引起输电的事故率则更高。当雷击架空输电线路时可能引起线路开关跳闸造成停电事故，还会造成电气设备损坏，甚至导致电力系统瓦解等恶性事故，造成重大的经济损失，严重影响电力系统运行的稳定性、可靠性、安全性和经济性。我国电网近年来的雷击闪络呈上升趋势,其原因是：1.雷电活动加剧；2.新增电网提速，输电线路增长，杆塔增高，易受雷击；3.因缺乏对雷电活动及其分布规律的了解，防雷措施事半功倍。因此在气候变化异常和电网迅猛发展的今天,研究雷电过电压波形参数在时域内的分布是十分迫切的任务。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种基于光学集成传感器的雷电波形参数时域统计方法，基于光学集成电场传感器的测量数据，通过滤波、过电压提取、解耦等方法，将三相独立的雷电过电压波形从原始波形中分离出来，并根据IEC中对雷电冲击电压标准波形的波前时间、半峰值时间和过电压倍数的定义，将所测量到的波形参数进行时域内的统计分析。本专利技术提出的基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，包括以下步骤：(1)将三台光学集成电场传感器分别安装在变电站中待测量线路的正下方，使三台光学集成电场传感器的离地高度相同，并使三台光学集成电场传感器的极性朝向一致，分别对三台光学集成电场传感器通光，以在线监测待测量线路上雷电过电压的波形；(2)当待测量线路有直击雷或者感应雷发生时，三台光学集成电场传感器分别测量得到电场波形，该电场信号由雷电过电压电场波形和三相工频电场波形叠加而成。利用小波变化或平均滤波方法，对测量得到的电场波形进行滤波处理，得到滤波后的电场波形，并对测量得到的电场波形分别乘以相应光学集成电场传感器的转化因数，得到测量电压波形。其中，光学集成电场传感器的转化因数为测量电场是1V/m时所对应的实际电压值；(3)将上述步骤(2)的测量电压波形，与由变电站中三台光学集成电场传感器，在未发生雷击时对待测量线路测量得到同相位下的工频电压波形相减，得到待测量线路的互有耦合三相雷电过电压波形；(4)对上述互有耦合三相雷电过电压波形进行解耦，设互有耦合三相雷电过电压波形为UA、UB、UC，解耦后的三相雷电过电压波形为Ua、Ub、Uc，建立如下解耦方程：其中，qij为解耦系数，i＝1，2，3，j＝1，2，3，qij∈[0，100]；(5)根据国际电工委员会中对雷电冲击电压波形的波前时间的定义，从解耦后的三相雷电过电压波形Ua、Ub、Uc中选取位于波前的峰值30％处和90％处的时间差的1.67倍作为雷电波前时间；(6)根据国际电工委员会中对雷电冲击电压波形的半峰值时间的定义，从上述步骤(4)中的解耦后的三相雷电过电压波形为Ua、Ub、Uc中选取雷电过电压波形的视在零点到位于波尾的峰值50％的时间差作为雷电半峰值时间；(7)以未发生雷击时对待测量线路测量得到工频电压的峰值为基值，将上述步骤(4)解耦后的三相雷电过电压峰值除以该基值的结果，作为雷电过电压倍数；(8)当三台光学集成电场传感器采集到大量的雷电数据后，重复上述步骤(2)-步骤(5)，得到雷电波前时间的分布；重复上述步骤(2)、(3)、(4)和(6)，得到雷电半峰值时间的分布；重复上述步骤(2)、(3)、(4)和(7)，得到雷电过电压倍数的分布。本专利技术提出的基于光学集成传感器的雷电波形参数时域统计方法，其优点是：1、本专利技术方法中使用的光学集成电场传感器，具有安装方便，便于测量的特点。2、本专利技术方法较为清楚的阐述了基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，步骤简单，容易得到准确的雷电波形参数在时域内的分布情况。具体实施方式本专利技术提出的基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，包括以下步骤：(1)将三台光学集成电场传感器(本专利技术的一个实施例中，使用的三相光学集成电场传感器由清华大学生产，可参见公开号为CN102854403B的中国专利申请)分别安装在变电站中待测量线路的正下方，使三台光学集成电场传感器的离地高度相同，并使三台光学集成电场传感器的极性朝向一致，分别对三台光学集成电场传感器通光，以在线监测待测量线路上雷电过电压的波形；(2)当待测量线路有直击雷或者感应雷发生时，三台光学集成电场传感器分别测量得到电场波形，该电场信号由雷电过电压电场波形和三相工频电场波形叠加而成。利用小波变化或平均滤波方法，对测量得到的电场波形进行滤波处理，得到滤波后的电场波形，并对测量得到的电场波形分别乘以相应光学集成电场传感器的转化因数，得到测量电压波形。其中，光学集成电场传感器的转化因数为测量电场是1V/m时所对应的实际电压值；(3)将上述步骤(2)的测量电压波形，与由变电站中三台光学集成电场传感器，在未发生雷击时对待测量线路测量得到同相位下的工频电压波形相减，得到待测量线路的互有耦合三相雷电过电压波形；(4)对上述互有耦合三相雷电过电压波形进行解耦，设互有耦合三相雷电过电压波形为UA、UB、UC，解耦后的三相雷电过电压波形为Ua、Ub、Uc，建立如下解耦方程：其中，qij为解耦系数，i＝1，2，3，j＝1，2，3，qij∈[0，100]；(5)根据国际电工委员会(IEC)中对雷电冲击电压波形的波前时间的定义，从解耦后的三相雷电过电压波形Ua、Ub、Uc中选取位于波前的峰值30％处和90％处的时间差的1.67倍作为雷电波前时间；(6)根据国际电工委员会(IEC)中对雷电冲击电压波形的半峰值时间的定义，从上述步骤(4)中的解耦后的三相雷电过电压波形为Ua、Ub、Uc中选取雷电过电压波形的视在零点到位于波尾的峰值50％的时间差作为雷电半峰值时间；(7)以未发生雷击时对待测量线路测量得到工频电压的峰值为基值，将上述步骤(4)解耦后的三相雷电过电压峰值除以该基值的结果，作为雷电过电压倍数；(8)当三台光学集成电场传感器采集到大量的雷电数据后，重复上述步骤(2)-步骤(5)，得到雷电波前时间的分布；重复上述步骤(2)、(3)、(4)和(6)，得到雷电半峰值时间的分布；重复上述步骤(2)、(3)、(4)和(7)，得到雷电过电压倍数的分布。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将三台光学集成电场传感器分别安装在变电站中待测量线路的正下方，使三台光学集成电场传感器的离地高度相同，并使三台光学集成电场传感器的极性朝向一致，分别对三台光学集成电场传感器通光，以在线监测待测量线路上雷电过电压的波形；(2)当待测量线路有直击雷或者感应雷发生时，三台光学集成电场传感器分别测量得到电场波形，该电场信号由雷电过电压电场波形和三相工频电场波形叠加而成，利用小波变化或平均滤波方法，对测量得到的电场波形进行滤波处理，得到滤波后的电场波形，并对测量得到的电场波形分别乘以相应光学集成电场传感器的转化因数，得到测量电压波形，其中，光学集成电场传感器的转化因数为测量电场是1V/m时所对应的实际电压值；(3)将上述步骤(2)的测量电压波形，与由变电站中三台光学集成电场传感器在未发生雷击时对待测量线路测量得到同相位下的工频电压波形相减，得到待测量线路的互有耦合三相雷电过电压波形；(4)对上述互有耦合三相雷电过电压波形进行解耦，设互有耦合三相雷电过电压波形为UA、UB、UC，解耦后的三相雷电过电压波形为Ua、Ub、Uc，建立如下解耦方程：...

【技术特征摘要】
1.一种基于光学集成电场传感器的雷电波形参数时域统计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将三台光学集成电场传感器分别安装在变电站中待测量线路的正下方，使三台光学集成电场传感器的离地高度相同，并使三台光学集成电场传感器的极性朝向一致，分别对三台光学集成电场传感器通光，以在线监测待测量线路上雷电过电压的波形；(2)当待测量线路有直击雷或者感应雷发生时，三台光学集成电场传感器分别测量得到电场波形，该电场信号由雷电过电压电场波形和三相工频电场波形叠加而成，利用小波变化或平均滤波方法，对测量得到的电场波形进行滤波处理，得到滤波后的电场波形，并对测量得到的电场波形分别乘以相应光学集成电场传感器的转化因数，得到测量电压波形，其中，光学集成电场传感器的转化因数为测量电场是1V/m时所对应的实际电压值；(3)将上述步骤(2)的测量电压波形，与由变电站中三台光学集成电场传感器在未发生雷击时对待测量线路测量得到同相位下的工频电压波形相减，得到待测量线路的互有耦合三相雷电过电压波形；(4)对上述互有耦合三相雷电过电压波形进行解耦，设互有耦合三相雷电过电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：曾嵘，蔡汉生，刘刚，庄池杰，王涉，施健，刘磊，
申请(专利权)人：南方电网科学研究院有限责任公司，清华大学，中国南方电网有限责任公司电网技术研究中心，
类型：发明
国别省市：广东,44