CN104808088A - 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 - Google Patents

Abstract

本发明为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，该方法先根据输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值；当输电线路遭到雷击时，计算行波测距装置量测端获得的波到时刻与雷电定位系统多条雷击记录时刻的时间差，提取该时间差的最小值所对应雷击记录的雷电流幅值，将该雷电流幅值与绕击临界电流幅值进行比较，若该雷电流幅值大于绕击临界电流幅值，则判为反击；反之，则判为绕击。本发明直接使用雷电定位系统记录与行波数据就可以完成雷电绕击与反击的识别，不需要对波形进行数字信号处理，方法较为简单。判别结果与故障巡线记录一致，准确性高，可靠性强。

Description

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

技术领域

本发明涉及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，属于电力系统继电保护技术领域。

背景技术

输电线路是电力系统的重要组成部分。国内外运行经验表明，直击雷是造成高压输电线路跳闸的主要原因，故加强输电线路的雷电防护对保证电力系统的安全稳定运行具有重要作用。雷击引起绝缘闪络时，对线路雷击故障类型进行有效辨识，可以为防雷设计提供参考，并为输电线路绝缘配合的改善提供依据。

目前，对于绕击与反击的理论研究多数停留在杆塔设计领域，依靠计算耐雷强度和建立杆塔几何模型通过作图来判断绕击与反击的发生，但是此类方法需要结合电力运行经验不断修正保护角，过程较为复杂。线路投运后则没有直接的监测技术实现雷电绕击和反击的故障辨识，利用故障暂态量零模和线模比值差异的雷击故障识别方法可区分感应雷过电压和短路故障，但未解决直击雷的识别问题；工程上也曾利用磁带、磁钢棒等方式测量雷电流波形参数实现绕击与反击的判别方法，但是获取数据的工作量大，磁带、磁钢棒安装位置选取存在盲目性，需依据现场巡线人员的工作经验来做判断，易造成误判和漏判，其主观性强、可信性差。因此，急需提出一种雷击绕击与反击的识别方法。

发明内容

本发明的目的是克服现有雷电绕击与反击识别方法准确性不足、可靠性差的缺点，提出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。

本发明提出的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是：先根据输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值；当输电线路遭到雷击时，计算行波测距装置量测端获得的波到时刻与雷电定位系统多条雷击记录时刻的时间差，提取该时间差的最小值所对应雷击记录的雷电流幅值，将该雷电流幅值与绕击临界电流幅值进行比较，若该雷电流幅值大于绕击临界电流幅值，则判为反击；反之，则判为绕击；其步骤为：

(1)由输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值

其中，I_K为绕击临界电流幅值；h_d为导线平均悬挂高度；h_b为避雷线平均悬挂高度；α为杆塔的山坡倾角；θ为导线保护角；

(2)计算输电线路遭到雷击时，行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差Δt_m＝t₁-t'_m；

其中，t₁为行波测距装置记录的雷击故障初始行波到达测量端的时刻；t'_m为雷电定位系统在时刻t₁的±1min内记录的雷电在空气中引起的剧烈电磁场变化到达雷电监测站的时刻，m＝1，2，…；

(3)计算行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差的最小值Δt＝|Δt_m|_min；再提取Δt所对应雷击记录的雷击电流幅值I；

(4)将Δt所对应雷击记录的雷电流幅值I与绕击临界电流幅值I_k进行比较，按以下条件进行雷电绕击与反击的判别：

若|I|≤I_k，则判定为雷电绕击；

若|I|＞I_k，则判定为雷电反击。

本发明的原理是：

一、临界雷电流的计算

根据输电线路杆塔的电气模型按(1)式计算绕击临界电流幅值

$I_K={\left\{\frac{(h_d+h_b)}{16[1-\sin (\mathrm{\θ}+\mathrm{\α})]}\right\}}^{\frac{20}{13}}---\left(1\right)$

式(1)中，I_K为绕击临界电流幅值；h_d为导线平均悬挂高度；h_b为避雷线平均悬挂高度；α为杆塔的山坡倾角；θ为导线保护角。

二、雷击故障时间差的计算

按(2)计算输电线路遭到雷击时，行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差Δt_m为

Δt_m＝t₁-t'_m              (2)

式(2)中，t₁为行波测距装置记录的雷击故障初始行波到达测量端的时刻；t'_m为雷电定位系统在时刻t₁的±1min内记录的雷电在空气中引起的剧烈电磁场变化到达雷电监测站的时刻，m＝1，2，…。

三、雷击故障时间差的最小值计算

按(3)式计算行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差的最小值Δt为

Δt＝|Δt_m|_min             (3)

再提取Δt所对应雷击记录的雷电流幅值I。

四、雷电绕击和反击判据的构造

将Δt所对应雷击记录的雷电流幅值I与绕击临界电流幅值I_k进行比较，按以下条件进行雷电绕击与反击的判别：

若|I|≤I_k，则判定为雷电绕击；

若|I|＞I_k，则判定为雷电反击。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

1、本发明直接使用雷电定位系统记录与行波数据就可以完成雷电绕击与反击的识别，不需要对波形进行数字信号处理，方法较为简单；

2、本发明将雷电定位与行波测距两大系统在时域中结合，利用雷电流探测信息和线路故障暂态波形两大要素共同完成雷击类型的辨识，经实际的数据验证，其判别结果与故障巡线记录一致，准确性高，可靠性强。

附图说明

图1为本发明方法步骤示意图；

图2为本发明实施例1与实施例2的杆塔模型图；

表1为实施例1中雷电定位系统信息提取结果；

表2为实施例2中雷电定位系统信息提取结果。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式，对本发明作进一步说明。以下实施例均为实际220kV输电线路上发生的雷击故障，利用本发明方法判定的雷击故障类型与线路故障现场的巡线结果一致。

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，先根据输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值；当输电线路遭到雷击时，计算行波测距装置量测端获得的波到时刻与雷电定位系统多条雷击记录时刻的时间差，提取该时间差的最小值所对应雷击记录的雷电流幅值，将该雷电流幅值与绕击临界电流幅值进行比较，若该雷电流幅值大于绕击临界电流幅值，则判为反击；反之，则判为绕击；其步骤为：

(1)由输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值

其中，I_K为绕击临界电流幅值；h_d为导线平均悬挂高度；h_b为避雷线平均悬挂高度；α为杆塔的山坡倾角；θ为导线保护角；

(2)计算输电线路遭到雷击时，行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差Δt_m＝t₁-t'_m；

其中，t₁为行波测距装置记录的雷击故障初始行波到达测量端的时刻；t'_m为雷电定位系统在时刻t₁的±1min内记录的雷电在空气中引起的剧烈电磁场变化到达雷电监测站的时刻，m＝1，2，…；

(3)计算行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差的最小值Δt＝|Δt_m|_min；再提取Δt所对应雷击记录的雷击电流幅值I；

(4)将Δt所对应雷击记录的雷电流幅值I与绕击临界电流幅值I_k进行比较，按以下条件进行雷电绕击与反击的判别：

若|I|≤I_k，则判定为雷电绕击；

若|I|＞I_k，则判定为雷电反击。

实施例1：

220kV输电线路杆塔完整模型如图2所示，模型为2240ZM1猫头型直线塔，其具体参数为：导线平均悬挂高度h_d为24.0m；避雷线平均悬挂高度h_b为30.5m；杆塔的山坡倾角α为25°；导线保护角θ为10°。

(1)根据输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值为：。

$I_K={\left\{\frac{(24+30.5)}{16[1-\sin (10+25)]}\right\}}^{\frac{20}{13}}=24.455\mathrm{kA}$

(2)当输电线路遭到雷击时，行波测距装置量测端获得的波到时刻t₁为2013-09-2420:48:18.802；雷电定位系统在时刻t₁的±1min内记录的雷电在空气中引起的剧烈电磁场变化到达雷电监测站的时刻如表1所示。根据输电线路遭到雷击时行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障记录计算时间差Δt_m，得到时间差的最小值为2ms，对应的雷击记录即为输电线路的雷击故障数据，其雷击电流的幅值为I＝-14.0kA。

(3)根据计算得到的绕击临界电流幅值和雷击电流幅值可知：|I|＝14.0kA，且|I|<I_k＝24.455kA，则可判定该雷击故障为绕击。

实施例2：220kV输电线路杆塔模型参数同实施例1中的参数。

(1)根据输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值：

$I_K={\left\{\frac{(24+30.5)}{16[1-\sin (10+25)]}\right\}}^{\frac{20}{13}}=24.455\mathrm{kA}.$

(2)当输电线路遭到雷击时，行波测距装置量测端获得的波到时刻t₁为2012-08-63:29:14.906；雷电定位系统在时刻t₁的±1min内记录的雷电在空气中引起的剧烈电磁场变化到达雷电监测站的时刻如表2所示。根据输电线路遭到雷击时行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障记录计算时间差Δt_m，得到时间差的最小值为1ms，对应的雷击记录即为输电线路的雷击故障数据，其雷击电流的幅值为I＝-126.5kA。

(3)根据计算得到的绕击临界电流幅值和雷击电流幅值可知：|I|＝126.5kA，且|I|>I_k＝24.455kA，则可判定该雷击故障为反击。

表1

表2

时间	经度	纬度	电流(kA)	Δtm
					2012-08-06 03:28:43.664	103.4772	22.9383	-22.2	0:00:31.242
2012-08-06 03:28:47.927	103.3743	22.9740	-78.9	0:00:26.979
					2012-08-06 03:28:48.011	103.3731	22.9813	-41.9	0:00:26.895
2012-08-06 03:28:48.143	103.3741	22.9835	-58.8	0:00:26.763
					2012-08-06 03:29:06.384	103.3708	22.9797	-45.0	0:00:08.522
2012-08-06 03:29:06.516	103.3482	22.9728	-39.0	0:00:08.390
					2012-08-06 03:29:14.905	103.3207	23.0149	-126.5	0:00:00.001
2012-08-06 03:29:14.988	103.3345	23.0097	-138.0	-0:00:00.082
					2012-08-06 03:29:15.242	103.2678	23.0510	-27.5	-0:00:00.336
2012-08-06 03:29:44.050	103.3386	22.9980	-121.3	-0:00:29.144
					2012-08-06 03:29:44.094	103.3485	22.9967	-21.8	-0:00:29.188
2012-08-06 03:29:44.173	103.3243	22.9770	-30.7	-0:00:29.267
					2012-08-06 03:29:44.228	103.3382	22.9912	-45.4	-0:00:29.322
2012-08-06 03:29:44.255	103.3400	23.0044	-119.7	-0:00:29.349
					2012-08-06 03:29:44.561	103.3353	22.9964	-62.2	-0:00:29.655
2012-08-06 03:29:44.632	103.3344	23.0043	-29.7	-0:00:29.726
					2012-08-06 03:29:44.690	103.3404	23.0010	-26.0	-0:00:29.784
2012-08-06 03:29:44.851	103.3368	23.0029	-32.4	-0:00:29.945
					2012-08-06 03:29:53.815	103.3673	22.9725	-7.4	-0:00:38.909
2012-08-06 03:30:07.456	103.3102	23.0359	-71.7	-0:00:52.550
					2012-08-06 03:30:07.486	103.3209	23.0214	-18.8	-0:00:52.580
2012-08-06 03:30:07.590	103.3022	23.0171	-65.7	-0:00:52.684

。

Claims (1)

1.一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，其特征在于：先根据输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值；当输电线路遭到雷击时，计算行波测距装置量测端获得的波到时刻与雷电定位系统多条雷击记录时刻的时间差，提取该时间差的最小值所对应雷击记录的雷电流幅值，将该雷电流幅值与绕击临界电流幅值进行比较，若该雷电流幅值大于绕击临界电流幅值，则判为反击；反之，则判为绕击；其步骤如下：

(1)由输电线路杆塔的电气模型计算绕击临界电流幅值其中，I_K为绕击临界电流幅值；h_d为导线平均悬挂高度；h_b为避雷线平均悬挂高度；α为杆塔的山坡倾角；θ为导线保护角；

(2)计算输电线路遭到雷击时，行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差Δt_m＝t₁-t'_m；

其中，t₁为行波测距装置记录的雷击故障初始行波到达测量端的时刻；t'_m为雷电定位系统在时刻t₁的±1min内记录的雷电在空气中引起的剧烈电磁场变化到达雷电监测站的时刻，m＝1，2，…；

(3)计算行波测距装置和雷电定位系统二者记录的雷击故障时间差的最小值Δt＝|Δt_m|_min；再提取Δt所对应雷击记录的雷击电流幅值I；

(4)将Δt所对应雷击记录的雷电流幅值I与绕击临界电流幅值I_k进行比较，按以下条件进行雷电绕击与反击的判别：

若|I|≤I_k，则判定为雷电绕击；

若|I|＞I_k，则判定为雷电反击。