輸送電線路雷電流波形實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)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(dāng)前，國(guó)內(nèi)針對(duì)防雷的研究大多只能實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域性或者雷擊位置大概情況的測(cè)算，尚無(wú)可以對(duì)整個(gè)雷擊過(guò)程的詳細(xì)監(jiān)控，因此當(dāng)前對(duì)于雷擊的防護(hù)措施也得不到根本性的推進(jìn)。對(duì)雷擊線路導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)的路基進(jìn)行深入分析，從而研發(fā)出一套實(shí)時(shí)在線的雷擊檢測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)避雷線、幅值以及電流波形等等各項(xiàng)指標(biāo)的全面查看，有利于更為準(zhǔn)確的對(duì)雷擊點(diǎn)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(chǔ)，為我國(guó)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

1 現(xiàn)行雷擊跳閘事故分析潛在問(wèn)題

首先，工作強(qiáng)度較高，當(dāng)前主要以及雷電定位系統(tǒng)以及故障錄波設(shè)備來(lái)判斷雷擊跳閘的故障位置信息，但由于精度方面的影響，現(xiàn)行的技術(shù)只能在大概的范圍內(nèi)進(jìn)行位置的預(yù)測(cè)，實(shí)際預(yù)測(cè)還可能存在錯(cuò)誤情況。故而，一旦出現(xiàn)線路遭受雷擊跳閘事故則勢(shì)必需要派遣大量的人力以及物力資源用于現(xiàn)場(chǎng)搜尋具體故障點(diǎn)位信息。其次，按照以往經(jīng)驗(yàn)，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(shì)必存在不合理性，為其它事故導(dǎo)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(fā)生雷擊跳閘后應(yīng)對(duì)性采取防護(hù)措施，這樣一方面可以避免反擊情況發(fā)生，同時(shí)也能避免繞擊情況出現(xiàn)，但在針對(duì)性以及有效性等方面依然有待提升。

2 輸電線路雷電流實(shí)時(shí)在線監(jiān)控系統(tǒng)分析

此次提出的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)系統(tǒng)組成相對(duì)簡(jiǎn)單，主要分為現(xiàn)場(chǎng)傳感器、信號(hào)采集模塊、電源模塊以及上位機(jī)軟件等幾個(gè)部分組成。

2.1 雷電流傳感器 主要是指基于對(duì)雷擊線路中的電流波形的仿真模擬，結(jié)合具體桿塔的尺寸以及安裝信息，從而設(shè)計(jì)得到適用于測(cè)量線路雷擊電流和便于安裝的電流傳感器，重點(diǎn)需要考量環(huán)形傳感器窗口的規(guī)格，避免雷擊所產(chǎn)生的大電流穿過(guò)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(duì)設(shè)計(jì)的線圈與圓管式分流器共同檢測(cè)相同沖擊電流波并比對(duì)誤差情況。結(jié)果顯示，實(shí)際線圈的平均誤差可以達(dá)到百分之三以內(nèi)，最大誤差也不會(huì)高于百分之三，線圈可以長(zhǎng)時(shí)間的保持較好的線性度。此外，線圈的檢測(cè)結(jié)果大多數(shù)情況下要低于實(shí)際電流值，基于對(duì)線圈靈敏度的重新測(cè)定有助于大大降低誤差情況，線圈的測(cè)量誤差也可以保持在百分之一以內(nèi)。

2.2 信號(hào)采集模塊 信號(hào)采集模塊主要用于信號(hào)采樣，對(duì)桿塔以及絕緣子串上的雷電流波形等機(jī)型八位雙極性、十兆赫茲的速率采樣，各個(gè)通道以及并行的方式運(yùn)行。該模塊主要基于單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)通道的有效控制與數(shù)據(jù)分析。

2.3 數(shù)據(jù)的技術(shù)與傳輸 該模塊硬件部分對(duì)于技術(shù)要求較高，系統(tǒng)的抗干擾性也有一定的要求。因此該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)采用了嵌入式網(wǎng)絡(luò)模塊、MC35iGPRS模塊以及電子盤等幾個(gè)部分，軟件主要基于DOS環(huán)境實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)借助MC35i/GPRS模塊可以實(shí)現(xiàn)文件傳輸協(xié)議的方式向遠(yuǎn)端計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。該模塊和上位機(jī)之間主要基于RS232端口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的異步傳輸。

2.4 設(shè)備電源模塊 設(shè)備的供電模塊主要基于搭載在線路桿塔中的光電轉(zhuǎn)換組件以及蓄電池工程。并利用DC/DC模塊對(duì)電壓進(jìn)行控制，滿足設(shè)備的日常運(yùn)行用電需求，可以長(zhǎng)時(shí)間的在野外環(huán)境下工作。

2.5 上位機(jī)軟件 前端設(shè)備所監(jiān)測(cè)到的相關(guān)數(shù)據(jù)利用GPRS傳遞至上位機(jī)系統(tǒng)，上位機(jī)則利用專門開(kāi)發(fā)的上位機(jī)軟件從而對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)到的相關(guān)信息等進(jìn)行解析與判斷，進(jìn)而得到桿塔的具體位置數(shù)據(jù)、雷電流的幅度、極性以及波形等指標(biāo)。

3 系統(tǒng)應(yīng)用分析

3.1 波形分析 就實(shí)際監(jiān)測(cè)結(jié)果來(lái)看，當(dāng)雷擊桿塔時(shí)，電流的波形主要為震蕩衰減波形式，達(dá)到波峰的時(shí)間以及震蕩周期均小于現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間；其次，雷云的下行先導(dǎo)作用于塔頂時(shí)，形成電勢(shì)，并且會(huì)不斷的積累能量，隨后沿著桿塔等向大地傳遞，雷電流對(duì)分布電容的反復(fù)的充放電過(guò)程進(jìn)而形成震蕩，另外回路中存在著電阻，因此雷電流會(huì)以一種震蕩衰減的形式存在，且在這整個(gè)過(guò)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(shí)間比較短。最后，因?yàn)檎鹗幩Ｙv類電路波在短時(shí)間內(nèi)存在交替變化，要比現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的單次波可能對(duì)電氣設(shè)備更為嚴(yán)格，且更貼近實(shí)際，因此更為適用于對(duì)輸送電線路的絕緣間隙的設(shè)計(jì)與校驗(yàn)。

3.2 雷擊形式研究 基于對(duì)搭載于絕緣子串以及地線支架上的電路傳感器設(shè)備所檢測(cè)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(jiān)測(cè)到的電流數(shù)值，且最大，則表明雷擊形式為直擊桿塔的塔頂。

4 結(jié)束語(yǔ)

電能實(shí)際已經(jīng)成為現(xiàn)代人們生活以及工作的重要基礎(chǔ)能源，保證其運(yùn)行健康、可靠對(duì)于地區(qū)社會(huì)穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。而由于輸電線路網(wǎng)縱橫交錯(cuò)且覆蓋面廣，因此經(jīng)常會(huì)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(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以詳細(xì)的分析雷擊過(guò)程下輸電線路的各項(xiàng)參數(shù)信息，從而更好的幫助相關(guān)部門科學(xué)的采取有效的輸送電線路防雷措施，確保線路的穩(wěn)定運(yùn)行，對(duì)于我國(guó)電力事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展也有一定的積極意義。