输电线路落雷识别监测系统安装中的问题和解决办法

张强永,杨柳青,徐 健,白贻杰

(1.贵州电网公司六枝供电局,贵州 六盘水553001;2.贵州电网公司都匀供电局，贵州 都匀558000;3.黑龙江恒电防雷工程有限公司,黑龙江 哈尔滨150090;4.北京工业大学电控学院信号检测与处理实验室,北京100124)

1 引言

输电线路是电网雷电防护较薄弱的环节， 尤其在我国西南山区，线路遭受雷击的概率很大。 电网安全稳定运行，直接关系到国计民生。 因此需要对输电线路的防雷水平和能力进行深入地分析研究， 采取必要的防雷策略，降低输电线路雷击掉闸率，提高供电可靠性，确保输变电设备安全稳定运行，确保对千家万户的可靠供电。

输电线路落雷识别监测系统围绕输电线路及安全防护设备的状态监测和信息采集的数据处理与数据管理而开展,开发一种简捷、有效的安全监测系统，并及时、准确地掌握输电线路运行情况。 因此，建立基于物联网技术基础的输电线路监测系统， 汇集底层有效数据，既能及时发现危险隐患，又能根据历史数据统计规律预测未来， 为保证输电线路可靠运行和稳定运行提供依据，使电网逐步走向智能化。 目前输电线路落雷识别监测系统在贵州电网正常运行了三年。

2 系统安装概要

无线终端机安装在输电杆塔上， 通过传感器实现全线雷电发生与避雷器防护状态信息的实时采集与存储，为管理和施工人员提供状态信息。 数据采集端机采用太阳能独立供电， 不受其它设施的牵制和影响。设备架设、维修和拆换方便，即插即用。不影响电网运行安全。通过GPRS 网络在工作区间直接发回到中央管理计算机，中央管理机可由GPRS 网络远程接收数据。 这些数据可以进入管理软件系统进行分析和统计。

当杆塔遭到雷击之后， 雷电流通过雷电流传感器，将遭受的雷击信息传输给终端机，终端机将信息存储，等待工作人员的监测。 当需要查看接地电阻信息时， 终端机将查询接地电阻的命令发送给接地电阻测量仪， 接地电阻测量仪将测出的电阻信息反馈给终端机，再传输给上位机以供查询。 所以整个系统的安装正确与否直接影响到上位机能否接收到正确数据，能否实时监测输电杆塔运行状态。

3 终端机的安装及注意事项

终端机是整个系统的枢纽， 具有收发信息的重要作用，它主要由嵌入式处理模块、无线传输模块、蓄电池太阳能供电部件组成。

处理模块主要功能有3 个： 及时检测和记录雷电强度和发生时间与接地状态； 在手持机的呼叫下控制无线模块将采集的数据发回；电源管理，控制无线模块和处理器的低功耗工作。 由于系统耗电很低，采用4 Ah 电池可连续工作10 d 以上，如果采用太阳光伏逆变器加蓄电池的方式供电， 所配的太阳能电池板面积约为0.01 m2，可以连续工作3-5 a。 为防止阳光过强时损坏电池，还加了电压监测功能，在电压过高时自动断开充电电路。

考虑到端机内部线路结构的复杂性， 端机的组装工作大部分都由开发的专业技术人员来完成。 现场施工人员将端机拆开，将无线传输的天线安装好，固定端机支架， 最后把光纤连接到端机的光纤传输接口，安装工作结束。

终端机在安装的过程中需要注意的事项及后期改进建议：(1)天线安装完成后，在盖端机机壳的时候勿压到传输线。 (2)为保证装备的密封性，防止雨水进入端机影响端机正常运行， 在连接光纤的时候需拧紧螺栓，同时涂抹密封胶。 (3)在安装的过程中还要注意信号问题， 现场的安装施工人员需了解基本的与端机通信的方法，确保安装一台正常运转一台。 建议在终端中配备无线信号放大器。 (4)在输电杆塔上固定端机的时候，必须保证端机的牢固性。 (5)为保证端机的良好通信状态，端机安装有一定倾斜度，考虑到冬季会有覆冰，可能致使天线脱落或者损坏，所以天线一定要安装牢固。 建议采用金属丝固定，或者采用能够抗击负重的天线。 同时建议严格考量光纤与端机接触紧密度和实际长度， 保证端机正常工作和安装效果良好。

4 贴片雷电流传感器安装及注意事项

贴片式雷电传感器利用电磁感应原理、 电容储能和电源变换技术， 将部分雷击能量转换为带有雷击强度信息的红外信号， 再通过光纤传输到监测终端机上， 雷电流传感器由绕在铁氧体磁环上的感应线圈和穿在磁环中间的导流铜片组成。 雷电流经过杆塔的金属架入地时， 会有部分电流通过导流铜片分流， 流经的电流经过磁芯产生的感应电流通过信号转换电路变成强度不同的光信号， 进而通过光纤与配套的带有红外接收功能的雷击信息采集记录模块随时接收、记录并上传发生雷击的时间、次数和线路的位置信息。

传感器的所有部件都在组装的时候封闭在黑色外壳里面， 现场安装人员只需利用夹板和螺栓将其固定即可。 需要注意如下几点：(1)传感器安装必须牢固，保证传感器与铁塔的紧密接触。 (2)雷电流采集传感器表面需光滑处理，四面用玻璃胶密封防水，防止雨水渗透。 (3)要保证传感器与光纤头接触良好。

5 接地电阻检测器安装及注意事项

监测系统研究了基于无需辅助测量电极的双耦合（钳形）测量方法，在此基础上实现了钳形测量相似的钳形耦合式接地电阻测量方法与装置， 该装置由带有数据接口的微处理器模块、 阻抗测量和功率激励电路组成的阻抗测量模块和绕有激励线圈和感应线圈的钳形耦合测量探头组成。

在微处理器的控制下， 阻抗测量模块能够产生激励信号，另一个感应线圈产生的感应信号与接地回路电阻有关。 通过阻抗测量模块的采样和离散傅里叶变换（DFT），得到一组与激励频率相对的接地回路阻抗的复数变量。 测量结果再由处理器进行归一化处理，剔除干扰影响。 最终结果可上传到监管系统。

接地电阻检测器上方也是一个雷电流采集传感器， 此传感器采集泄放雷电流信息和反击雷电流信息，其安装于上面的雷电流安装略有不同，需要一个直角的支架将其与杆塔固定在一起， 需要注意的事项与上述雷电流传感器一样。

接地电阻检测器， 传感器的所有器件在组装的过程中都用胶密封于不锈钢壳内， 考虑到接地电阻传感器与终端机连线比较复杂的问题， 在组装的时候就将终端机与接地电阻传感器的线路连接完毕。现场安装人员需要用工具包同时将终端机与接地电阻检测器带上杆塔， 最后将接地电阻检测器通过圆孔套在扁铁上，扁铁延伸到地面位置与接地网连接，从而构成一个测量回路。 能够实时监测接地电阻的变换信息。

需要注意的问题：(1) 因为接地电阻检测器与终端机直接连在一起，携带不方便，所以现场会出现连接终端机和接地电阻检测器之间线缆过长过短的问题，可能会导致线路断开等后果，所以在安装的时候应尽量避免。 (2)扁铁穿过接地电阻检测器的部分，要做少许的切割处理， 使得接地电阻检测器固定在离地面某一高度，这也是为了避免一些人为的破坏，切割的表面必须打磨光滑。 (3)扁铁与接地网一定要有力的固定在一起，防止大风时扁铁、传感器和杆塔发生碰撞。

6 上位机的安装及注意事项

(1)上位机功能：①与端机的通信，可以发送查询端机状态、雷电信息、接地电阻信息，并接收这些信息，在主界面显示，然后存入数据库中。 ②系统运行状态显示，主要显示串口启动、收发短信等。 ③信息查询与打印。 状态综合查询可查询和打印数据库中已存的端机状态、雷电记录、接地电阻信息。 数据统计报告可汇总统计数据库中的信息， 调用word03 显示出来。 ④塔杆信息显示，显示出线路和塔杆对应的SIM 卡号。 ⑤查询模块中SIM 卡的余额，清除端机中的雷电记录。

(2)Mysql 环境安装。 ①雷电短信软件安装环境，必须要有Mysql 和mysql 的odbc 驱动。 ②安装Mysql，注意设置好用户名和密码。

（3）配置和测试短信模块。 更换SIM 卡后，使用短信模块前， 要先配置短信模块才能正常与端机通信。