輸電線路雷擊故障點(diǎn)遠(yuǎn)程定位裝置的設(shè)計(jì)方法

馮魏

（中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司梧州局 廣西省梧州市 543002）

輸電線路雷擊故障點(diǎn)遠(yuǎn)程定位裝置的設(shè)計(jì)方法

馮魏

（中國(guó)南方電網(wǎng)有限責(zé)任公司超高壓輸電公司梧州局 廣西省梧州市 543002）

隨著用電需求的增長(zhǎng)，輸電線路的跨度越來(lái)越廣，線路也越來(lái)越長(zhǎng)。在運(yùn)行過(guò)程中，遇到雷雨季節(jié)，雷害是造成輸電線路故障的主要原因之一。由于雷擊位置具有不確定性，在事故發(fā)生前無(wú)法預(yù)知，為了降低雷害影響，就需要在雷害發(fā)生時(shí)，對(duì)故障點(diǎn)迅速準(zhǔn)確的定位，這樣才能及時(shí)到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，快速修復(fù)故障。

雷害；故障特征；定位原理；微分環(huán)傳感器

前言

在輸電線路運(yùn)行過(guò)程中，雷害事故在總的事故比率中占有最大的比重，對(duì)輸電穩(wěn)定劑安全造成了巨大的影響。在雷雨季節(jié)，如何有效的防范及降低雷害影響已成為供電公司的一項(xiàng)重要工作。由于雷擊事故的發(fā)生具有隨機(jī)性，在事故發(fā)生前無(wú)法預(yù)知，只能在故障發(fā)生后才能采取相應(yīng)措施來(lái)降低故障影響，而要想最快的對(duì)故障進(jìn)行處理，就必須依賴于對(duì)雷擊故障點(diǎn)的定位的快速與準(zhǔn)確。在下面這篇文章里，我們將通過(guò)對(duì)雷擊故障進(jìn)行簡(jiǎn)單的了解，再根據(jù)其特性設(shè)計(jì)一種新型的故障遠(yuǎn)程定位裝置。

1 雷擊故障的分類

在輸電線路運(yùn)行過(guò)程中，雷擊故障主要是分為感應(yīng)雷和直擊雷兩種，其中感應(yīng)雷指的是當(dāng)雷擊在線路附件地面上時(shí)，由于電磁感應(yīng)現(xiàn)象而引起的過(guò)電壓。而直擊雷指的是雷電直接擊打在輸電線路上而造成的過(guò)電壓。通過(guò)大量的數(shù)據(jù)分析，在110kV及以上高壓輸電線路運(yùn)行過(guò)程中，最為常見的雷擊故障是直擊雷，根據(jù)發(fā)生位置的不同直擊雷又可以細(xì)分為直擊、繞擊、反擊三類。當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，雷電基本全是負(fù)極性雷，其峰值、波形與周圍地質(zhì)環(huán)境、位置、氣象條件等諸多因素都存在關(guān)系。

2 對(duì)故障遠(yuǎn)程定位裝置的要求

為了滿足輸電線路日常運(yùn)行需求，所設(shè)計(jì)的雷擊故障點(diǎn)遠(yuǎn)程定位裝置必須要滿足下列幾項(xiàng)要求：

2.1 可靠性

主要包括不誤動(dòng)和不拒動(dòng)。要求裝置既能對(duì)暫時(shí)性故障快速反應(yīng)，又能對(duì)永久性故障準(zhǔn)確測(cè)量。

2.2 準(zhǔn)確性

主要是針對(duì)定位裝置定位是否準(zhǔn)確，采集的信息是否能夠精確反應(yīng)實(shí)際情況，是否存在誤差等。為了提高準(zhǔn)確性，需要在軟件及硬件兩方面同時(shí)入手。其與可靠性是相互依存的性質(zhì)，兩者缺一不可。

2.3 經(jīng)濟(jì)性

由于輸電線路跨度大、線路長(zhǎng)，桿塔數(shù)量眾多，所以需要用到的定位裝置數(shù)量很大，這就要求在滿足準(zhǔn)確可靠性的前提下，一定要充分考慮經(jīng)濟(jì)性。[1]

3 新型定位裝置的設(shè)計(jì)

由于目前應(yīng)用較多的集中定位方式都存在一定的缺陷，已經(jīng)無(wú)法滿足輸電線路日益提高的運(yùn)行要求，所以迫切的需要一套新的裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)故障點(diǎn)的定位。在這里我們以微分環(huán)傳感器為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)一種新的定位裝置。

3.1 設(shè)計(jì)理論及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

這套遠(yuǎn)程定位系統(tǒng)主要是由現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)終端、信號(hào)傳輸系統(tǒng)及后臺(tái)機(jī)等組成。

（1）現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)終端

主要是由電源模塊、信號(hào)檢測(cè)模塊、通訊模塊、存儲(chǔ)模塊組成，其中信號(hào)檢測(cè)模塊的核心是輸電線路桿塔上安裝的多個(gè)微分環(huán)傳感器（這種傳感器能夠準(zhǔn)確反映被測(cè)電流的波形及幅值，且具有安全性高、抗干擾能力強(qiáng)、線性度好、測(cè)量精度高等諸多特點(diǎn)）；電源模塊主要是控制蓄電池的充放電，并實(shí)現(xiàn)對(duì)檢測(cè)終端的供電，完成信號(hào)的檢測(cè)及傳輸；通訊模塊主要是實(shí)現(xiàn)與上位機(jī)及移動(dòng)終端的信號(hào)傳輸；存儲(chǔ)模塊主要是對(duì)裝置所在桿塔位置信息及最近幾次雷擊故障信息進(jìn)行存儲(chǔ)，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)可將故障桿塔位置發(fā)送至上位機(jī)，同時(shí)當(dāng)運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，可對(duì)相關(guān)故障信息進(jìn)行查看、核對(duì)。

（2）信號(hào)傳輸系統(tǒng)

在這套系統(tǒng)中，我們采用GSM網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)終端與后臺(tái)機(jī)之間的通訊，現(xiàn)場(chǎng)終端模塊在線路正常運(yùn)行過(guò)程中處于待機(jī)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)生雷擊故障時(shí)，模塊瞬時(shí)啟動(dòng)，及時(shí)的將采集到的故障信號(hào)及故障桿塔位置傳輸?shù)胶笈_(tái)機(jī)，以便故障的進(jìn)一步處理。

（3）后臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)

后臺(tái)監(jiān)視系統(tǒng)主要由上位機(jī)組成，同時(shí)也設(shè)計(jì)了手機(jī)APP，通過(guò)在智能手機(jī)上安裝相關(guān)程序，既可以與上位機(jī)同步接收到現(xiàn)場(chǎng)反饋數(shù)據(jù)，同時(shí)在故障發(fā)生后，運(yùn)維人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)，可通過(guò)對(duì)相關(guān)現(xiàn)場(chǎng)終端數(shù)據(jù)的讀取，再次確認(rèn)故障點(diǎn)位置。

3.2 微分環(huán)測(cè)量雷電流的基本原理

微分環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電流的測(cè)量主要是基于法拉第電磁感應(yīng)定律，當(dāng)微分環(huán)所測(cè)量的線路上出現(xiàn)大的沖擊電流時(shí)，這一線路周圍會(huì)出現(xiàn)一個(gè)暫態(tài)磁場(chǎng)，而微分環(huán)與這一磁場(chǎng)交鏈時(shí)，在微分環(huán)中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì) e（t）：

3.3 不同雷擊情況下的電流分布情況

通過(guò)對(duì)測(cè)量終端測(cè)得的電流分布情況，能夠有效的區(qū)分故障類型，雷擊情況具體可分為以下幾種：

（1）雷擊塔頂，未發(fā)生反擊

當(dāng)雷擊塔頂后，電流主要是通過(guò)避雷線向兩端傳播或是通過(guò)桿塔導(dǎo)入大地，各相導(dǎo)線上耦合得到的感應(yīng)電流很小，其極性與雷電流極性相反。雷擊塔頂時(shí)，兩根避雷線上流過(guò)的電流幅值相同，會(huì)迅速通過(guò)桿塔泄放；雷擊點(diǎn)處相線上感應(yīng)電流近似為零；隨著雷擊電流的增大，避雷線及相線上感應(yīng)的電流呈線性增大趨勢(shì)。

（2）雷擊塔頂，發(fā)生反擊

當(dāng)發(fā)生反擊后，兩根避雷線上流過(guò)的電流極性與雷電流相同，且幅值基本一致，與雷擊點(diǎn)較近的相線絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，其電流幅值明顯增大，且極性與雷電流極性相同。另兩相線路導(dǎo)線感應(yīng)電流近似為零。

（3）雷擊某相導(dǎo)線

當(dāng)雷擊某相導(dǎo)線時(shí)，若雷電流較小，絕緣子未閃絡(luò)，則雷電流沿兩側(cè)導(dǎo)線傳播；當(dāng)雷電流過(guò)大，絕緣子會(huì)發(fā)生閃絡(luò)，雷電流一部分沿線路傳播，一部分流入桿塔，流入大地或沿避雷線傳播。

當(dāng)未發(fā)生繞擊時(shí)，各導(dǎo)線上感應(yīng)的電流極性與雷擊相導(dǎo)線相反，兩根避雷線上感應(yīng)到的電流幅值穩(wěn)定，其中接近雷擊相導(dǎo)線的避雷線上電流幅值大于較遠(yuǎn)避雷線上的電流。另兩相未被雷擊的導(dǎo)線上感應(yīng)電流隨著與雷擊點(diǎn)距離增大而增大，且接近雷擊相導(dǎo)線的導(dǎo)線電流幅值較大；雷擊相上感應(yīng)電流值最大，且衰減較弱。

當(dāng)發(fā)生繞擊閃絡(luò)后，各導(dǎo)線上的電流波形都會(huì)出現(xiàn)明顯的截?cái)喱F(xiàn)象，避雷線上的電流極性發(fā)生改變，與雷電流極性一致，其幅值隨傳播距離的增大而逐漸衰減，這說(shuō)明有部分雷電流從桿塔經(jīng)避雷線傳播；非雷擊相感應(yīng)電流隨著與雷擊點(diǎn)距離的增大而增大，且接近雷擊相的相線感應(yīng)電流幅值相對(duì)較大；雷擊相上電流值最大，且衰減較弱。

3.4 試驗(yàn)分析

通過(guò)將這一新型系統(tǒng)應(yīng)用在實(shí)際的雷擊故障定位工作中，在整個(gè)雷雨季節(jié)，其很好的完成了發(fā)生雷擊時(shí)數(shù)據(jù)的采集、反饋，在發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，能夠及時(shí)準(zhǔn)確的通知運(yùn)維人員具體的閃絡(luò)位置，有效的降低了運(yùn)維成本，提高了工作效率。但是由于在每個(gè)桿塔上需要裝設(shè)最少5個(gè)微分環(huán)傳感器，所以建設(shè)成本較高，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)根據(jù)具體地域的雷害情況，結(jié)合其他方法進(jìn)行綜合的雷擊故障定位。

4 結(jié)束語(yǔ)

在上面文章里，我們重點(diǎn)對(duì)一種新型的故障點(diǎn)遠(yuǎn)程定位裝置的設(shè)計(jì)理論及組成進(jìn)行了探討。通過(guò)對(duì)雷擊故障點(diǎn)的快速準(zhǔn)確定位，能夠便于運(yùn)維人員及時(shí)準(zhǔn)確的了解故障信息及故障點(diǎn)位置，對(duì)于降低故障影響及故障的快速恢復(fù)有著重要的意義。隨著定位技術(shù)及防雷技術(shù)的不斷發(fā)展，在未來(lái)的輸電線路運(yùn)行過(guò)程中，定位將更加準(zhǔn)確，雷害影響將得到進(jìn)一步控制。

[1]位韶康.基于行波原理的輸電線路雷擊故障定位方法研究[C].山東理工大學(xué)，2013：6～7.

[2]陳小雄，黃新波，朱永燦，王 卓，王列華，張燁.輸電線路雷擊故障點(diǎn)遠(yuǎn)程定位裝置的設(shè)計(jì)[J].高壓電器，2013（07）：55.

TM863

A

1004-7344（2016）13-0085-02

2016-4-15

馮魏（1986-），男，廣西梧州市人，助理工程師，本科，從事輸電線路運(yùn)檢工工作。