輸送電線路雷電流波形實時監測系統探究

蘇玉宗 馬 磊 石 濤 何啟明

寧夏中科天際防雷股份有限公司 寧夏 銀川 750001

引言

當前，國內針對防雷的研究大多只能實現對區域性或者雷擊位置大概情況的測算，尚無可以對整個雷擊過程的詳細監控，因此當前對于雷擊的防護措施也得不到根本性的推進。對雷擊線路導致絕緣子閃絡的路基進行深入分析，從而研發出一套實時在線的雷擊檢測系統，實現對避雷線、幅值以及電流波形等等各項指標的全面查看，有利于更為準確的對雷擊點位以及雷擊形式的判斷，從而為防雷策略的制定奠定重要基礎，為我國電力事業的可持續發展做出貢獻。

1 現行雷擊跳閘事故分析潛在問題

首先，工作強度較高，當前主要以及雷電定位系統以及故障錄波設備來判斷雷擊跳閘的故障位置信息，但由于精度方面的影響，現行的技術只能在大概的范圍內進行位置的預測，實際預測還可能存在錯誤情況。故而，一旦出現線路遭受雷擊跳閘事故則勢必需要派遣大量的人力以及物力資源用于現場搜尋具體故障點位信息。其次，按照以往經驗，通常將存在于雷雨天氣但未能確切查找出的故障原因定性為雷擊故障，而這勢必存在不合理性，為其它事故導致線路故障留下隱患。最后，防雷措施有許多種，目前主要的方式為在發生雷擊跳閘后應對性采取防護措施，這樣一方面可以避免反擊情況發生，同時也能避免繞擊情況出現，但在針對性以及有效性等方面依然有待提升。

2 輸電線路雷電流實時在線監控系統分析

此次提出的實時在線檢測系統組成相對簡單，主要分為現場傳感器、信號采集模塊、電源模塊以及上位機軟件等幾個部分組成。

2.1 雷電流傳感器 主要是指基于對雷擊線路中的電流波形的仿真模擬，結合具體桿塔的尺寸以及安裝信息，從而設計得到適用于測量線路雷擊電流和便于安裝的電流傳感器，重點需要考量環形傳感器窗口的規格，避免雷擊所產生的大電流穿過傳感器外殼。為了確定線圈的靈敏度以及線性情況，此次還對設計的線圈與圓管式分流器共同檢測相同沖擊電流波并比對誤差情況。結果顯示，實際線圈的平均誤差可以達到百分之三以內，最大誤差也不會高于百分之三，線圈可以長時間的保持較好的線性度。此外，線圈的檢測結果大多數情況下要低于實際電流值，基于對線圈靈敏度的重新測定有助于大大降低誤差情況，線圈的測量誤差也可以保持在百分之一以內。

2.2 信號采集模塊 信號采集模塊主要用于信號采樣，對桿塔以及絕緣子串上的雷電流波形等機型八位雙極性、十兆赫茲的速率采樣，各個通道以及并行的方式運行。該模塊主要基于單片機實現對各個通道的有效控制與數據分析。

2.3 數據的技術與傳輸 該模塊硬件部分對于技術要求較高，系統的抗干擾性也有一定的要求。因此該系統設計時采用了嵌入式網絡模塊、MC35iGPRS模塊以及電子盤等幾個部分，軟件主要基于DOS環境實現。系統借助MC35i/GPRS模塊可以實現文件傳輸協議的方式向遠端計算機進行數據的傳輸。該模塊和上位機之間主要基于RS232端口實現數據的異步傳輸。

2.4 設備電源模塊 設備的供電模塊主要基于搭載在線路桿塔中的光電轉換組件以及蓄電池工程。并利用DC/DC模塊對電壓進行控制，滿足設備的日常運行用電需求，可以長時間的在野外環境下工作。

2.5 上位機軟件 前端設備所監測到的相關數據利用GPRS傳遞至上位機系統，上位機則利用專門開發的上位機軟件從而對實時監測到的相關信息等進行解析與判斷，進而得到桿塔的具體位置數據、雷電流的幅度、極性以及波形等指標。

3 系統應用分析

3.1 波形分析 就實際監測結果來看，當雷擊桿塔時，電流的波形主要為震蕩衰減波形式，達到波峰的時間以及震蕩周期均小于現行的標準時間；其次，雷云的下行先導作用于塔頂時，形成電勢，并且會不斷的積累能量，隨后沿著桿塔等向大地傳遞，雷電流對分布電容的反復的充放電過程進而形成震蕩，另外回路中存在著電阻，因此雷電流會以一種震蕩衰減的形式存在，且在這整個過程中，回路電感并不起到任何作用，故而雷電流的震蕩周期時間比較短。最后，因為震蕩耍賤類電路波在短時間內存在交替變化，要比現行的標準規定的單次波可能對電氣設備更為嚴格，且更貼近實際，因此更為適用于對輸送電線路的絕緣間隙的設計與校驗。

3.2 雷擊形式研究 基于對搭載于絕緣子串以及地線支架上的電路傳感器設備所檢測到的電流情況，可以大致的了解雷擊桿塔以及絕緣子串相的具體形式。此次雷擊，唯有安裝在桿塔頂端的傳感器監測到的電流數值，且最大，則表明雷擊形式為直擊桿塔的塔頂。

4 結束語

電能實際已經成為現代人們生活以及工作的重要基礎能源，保證其運行健康、可靠對于地區社會穩定、經濟發展具有重要意義。而由于輸電線路網縱橫交錯且覆蓋面廣，因此經常會遭遇雷擊等自然因素的影響。此次提出了輸送電線路雷電流波形實時監測系統可以詳細的分析雷擊過程下輸電線路的各項參數信息，從而更好的幫助相關部門科學的采取有效的輸送電線路防雷措施，確保線路的穩定運行，對于我國電力事業的可持續發展也有一定的積極意義。