基于輸電線路對地泄流監(jiān)測的故障實時定位裝置

丁斌+王勇+趙澤淵

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，在輸電運行中也涌現(xiàn)出了大批先進(jìn)的設(shè)備，在當(dāng)前的輸電運行中通常會應(yīng)用到雷電定位系統(tǒng)來進(jìn)行輸電運行管理中的雷電分析和雷電查詢以及線路故障點查詢等。隨著雷電定位系統(tǒng)在輸電運行中的運用，使得輸電運行的質(zhì)量和效率都得到了大幅度提高。運用雷電定位系統(tǒng)可以極快的速度將雷電故障查出，從而將查找雷擊故障的效率提高了大約60%。然而就目前雷電定位系統(tǒng)在輸電運行中運用的實際情況而言，由于安全生產(chǎn)管理的不斷創(chuàng)新，雷電定位系統(tǒng)也必須進(jìn)一步完善，從而才能夠使得輸電運行的效率和質(zhì)量得到進(jìn)一步提高。因此加大對雷電系統(tǒng)在輸電運行中的運用進(jìn)行分析研究不僅意義重大，而且迫在眉睫。

關(guān)鍵詞：雷電泄流；雷電定位；故障分析；跳閘；雷電監(jiān)測

1 概述

在整個電力系統(tǒng)中，輸電線路是整個電力系統(tǒng)的重要部分，同時也是實現(xiàn)電能轉(zhuǎn)移的主要結(jié)構(gòu)。輸電線路在電力系統(tǒng)中起著輸送電能的作用，并且輸電線路還具有點多和線長以及面廣等特點。并且從輸電線路投入使用開始，通常都是暴露在外，因此輸電線路在電力系統(tǒng)的運作過程中深受自然因素的影響，從而很容易導(dǎo)致其出現(xiàn)故障。導(dǎo)致輸電線路出現(xiàn)故障的原因卻多種多樣，有環(huán)境性的故障還有結(jié)構(gòu)性的故障，而雷擊則是導(dǎo)致這些故障的主要原因之一，但是在確認(rèn)和查找累積故障的工作量卻非常巨大，并且還可能會有多次檢查的情況。在沒有使用雷電定位系統(tǒng)以前，查找雷電的工作通常都會比較盲目。

2 技術(shù)描述

本基于輸電線路對地泄流監(jiān)測的故障實時定位裝置的由定位集控主機、雷電監(jiān)測裝置組成：

定位集控主機基于X86系統(tǒng)構(gòu)架采用高端處理系統(tǒng)結(jié)合無線短波電報自組網(wǎng)交換組件設(shè)計開發(fā)，主機控制軟件由數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)、實景地理信息系統(tǒng)等兩大部分組成，其中數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)負(fù)責(zé)將無線短波電報自組網(wǎng)交換組件收到的監(jiān)測數(shù)據(jù)存儲分析，實景地理信息系統(tǒng)用于在屏幕上以三維遙感形式展示雷擊位置與類型。

通過應(yīng)用自主研發(fā)的實景綜合地理信息系統(tǒng)和可編程衛(wèi)星遙感影像技術(shù)，搭建調(diào)度信息中心統(tǒng)一指揮決策平臺，追蹤并展現(xiàn)各業(yè)務(wù)系統(tǒng)的圖形圖像、視頻、文字、虛擬線路模型之間的內(nèi)在聯(lián)系，輔助現(xiàn)場指揮；并應(yīng)用綜合實時信息和分析功能形成輔助決策支持系統(tǒng)，滿足電網(wǎng)管理企業(yè)的生產(chǎn)指揮決策需要。幫助輸電線路運維單位建立領(lǐng)先的生產(chǎn)指揮監(jiān)測決策體系。其具有電網(wǎng)實景展現(xiàn)、線路桿塔臺賬查看、在線監(jiān)測預(yù)警、線路狀態(tài)分析等功能。

如果說定位集控主機是系統(tǒng)的中樞神經(jīng)，雷電監(jiān)測裝置就是系統(tǒng)神經(jīng)末梢。雷電監(jiān)測裝置將安裝在重點雷擊區(qū)域的每基鐵塔的接地引線上，將其直接扣在塔腳其中一根接地引線上，實時采集數(shù)據(jù)發(fā)送至無線短波電報自組網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)，其它雷電監(jiān)測裝置將自動中繼給通訊范圍內(nèi)的其它雷電監(jiān)測裝置，以此類推逐級中繼最終將數(shù)據(jù)傳輸至定位集控主機。

本裝置利用互感器取電原理實現(xiàn)自供電，待機狀態(tài)下進(jìn)行電池充電。單片機將實時監(jiān)測互感器輸出電流波形以此作為雷擊與故障類型判定標(biāo)準(zhǔn)，通過同時比對多基鐵塔的采集信號定位集控主機可以精確定位雷電擊中了那一基鐵塔。

通過使用接地引線電流多頻波形采集技術(shù)進(jìn)行雷電信號采集，將雷電流波形信號經(jīng)過轉(zhuǎn)換處理通過無線短波電報自組網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)發(fā)送出去。承載雷電流波形信號的數(shù)據(jù)包將被定位集控主機接收到并通過相關(guān)分析軟件進(jìn)行告警。

基于接地引線電流多頻波形采集技術(shù)的故障定位原理是通過高頻鐵氧體互感器采集的桿塔接地引線電流情況進(jìn)行雷擊識別與分析。當(dāng)發(fā)生桿塔雷擊對地放電泄流時，同時相鄰鐵塔的雷電監(jiān)測裝置將不同程度的采集到相應(yīng)波形數(shù)據(jù)，經(jīng)定位集控主機進(jìn)行波形分析比對后可以精確定位發(fā)生雷擊鐵塔位置，并推算出雷擊故障類型，其精度理論上可以達(dá)到50米。

本基于輸電線路對地泄流監(jiān)測的故障實時定位裝置的由定位集控主機與雷電監(jiān)測裝置組成；本裝置具有以下關(guān)鍵技術(shù)特征：

a.多頻互感器波形采集技術(shù)

本系統(tǒng)采用高頻鐵氧體互感器結(jié)合高速運放與超高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器進(jìn)行納秒級電流波形實時采集，裝置端本地預(yù)分析后將結(jié)果打包上傳至無線短波電報自組網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)。在這里我們使用EL2480CS系列高速運放其帶寬達(dá)到了250MHz、轉(zhuǎn)換速率為1200V/US，可以滿足一般雷電10Hz至180MHz頻率采集需要。為了采集高達(dá)250MHz波形數(shù)字化采集需要，采用儀表級ADC16DX370芯片進(jìn)行波形數(shù)字化，其16位模數(shù)精度、370MSPS采樣速率可以有效的完成多頻互感器波形采集工作。多頻互感器波形采集技術(shù)是通過不同的濾波器與緩沖器將大于180MHz的雷電頻率以每180MHz一個帶寬通道分開，利用緩沖器進(jìn)行變頻多路運放與數(shù)模轉(zhuǎn)換器組合同時采集不同頻率范圍的電流波形信號。

同時，本系統(tǒng)中互感器感應(yīng)出來的電流換能，將其轉(zhuǎn)化為1-3伏交流電，經(jīng)整流穩(wěn)壓得到1.8伏充電電壓為后備電池進(jìn)行低速充電。

b.無線短波電報自組網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)

無線短波電報自組網(wǎng)數(shù)據(jù)交換網(wǎng)技術(shù)是在一種自主對等14MHz跳頻短波基站網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，該技術(shù)將每一首發(fā)節(jié)點均視為中繼節(jié)點，并允許一對多數(shù)據(jù)報文中繼。鑒于此原理使用無線自動接力技術(shù)實現(xiàn)的無線網(wǎng)絡(luò)將具有無可比擬的網(wǎng)絡(luò)健壯性，與實施便利性。在本系統(tǒng)中使用了短波SSB模式報文數(shù)據(jù)傳輸方式，自主開發(fā)無線自組網(wǎng)數(shù)據(jù)報協(xié)議，每個設(shè)備均具有無線數(shù)據(jù)厚膜芯片以中繼模式工作，時刻中繼周圍設(shè)備發(fā)來的數(shù)據(jù)報文。單一設(shè)備可覆蓋5公里的數(shù)據(jù)通訊范圍。

c.對地放電定位檢測技術(shù)

雷電監(jiān)測裝置通過采集全線雷擊電流波形情況進(jìn)行雷擊檢測。當(dāng)發(fā)生故障放電時，定位集控主機進(jìn)行全線波形分析比對后可以精確定位發(fā)生對地放電的鐵塔位置，并推算出雷擊點、異物放電、鳥閃點、樹木閃絡(luò)、外力放電點等諸多故障位置與故障范圍，其精度理論上可以達(dá)到50米。

3 結(jié)論

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種故障定位系統(tǒng)在輸電運行中也得到了長足的發(fā)展。隨著故障定位系統(tǒng)在輸電運行中的運用，使得輸電運行的質(zhì)量和效率都得到了大幅度提高。然而由于輸電線路還具有點多和線長以及面廣等特點，因此在確認(rèn)和查找放電泄流與雷擊故障的工作量卻非常巨大。而隨著本裝置系統(tǒng)在輸電運行中的運用，運用本系統(tǒng)可以極快的速度將故障查出，使得輸電運行的質(zhì)量和效率都得到了大幅度提高。通過本文對基于輸電線路對地泄流監(jiān)測的故障實時定位裝置在輸電運行中運用的深入分析，相信讀者對其也有了更深刻的認(rèn)識，而隨著科學(xué)技術(shù)的日新月異，在輸電運行中的運用必定會更加科學(xué)完善，進(jìn)而使查找故障的效率得到進(jìn)一步提高。

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