输送电线路雷电流波形实时监测系统探究

苏玉宗 马 磊 石 涛 何启明

宁夏中科天际防雷股份有限公司 宁夏 银川 750001

引言

当前，国内针对防雷的研究大多只能实现对区域性或者雷击位置大概情况的测算，尚无可以对整个雷击过程的详细监控，因此当前对于雷击的防护措施也得不到根本性的推进。对雷击线路导致绝缘子闪络的路基进行深入分析，从而研发出一套实时在线的雷击检测系统，实现对避雷线、幅值以及电流波形等等各项指标的全面查看，有利于更为准确的对雷击点位以及雷击形式的判断，从而为防雷策略的制定奠定重要基础，为我国电力事业的可持续发展做出贡献。

1 现行雷击跳闸事故分析潜在问题

首先，工作强度较高，当前主要以及雷电定位系统以及故障录波设备来判断雷击跳闸的故障位置信息，但由于精度方面的影响，现行的技术只能在大概的范围内进行位置的预测，实际预测还可能存在错误情况。故而，一旦出现线路遭受雷击跳闸事故则势必需要派遣大量的人力以及物力资源用于现场搜寻具体故障点位信息。其次，按照以往经验，通常将存在于雷雨天气但未能确切查找出的故障原因定性为雷击故障，而这势必存在不合理性，为其它事故导致线路故障留下隐患。最后，防雷措施有许多种，目前主要的方式为在发生雷击跳闸后应对性采取防护措施，这样一方面可以避免反击情况发生，同时也能避免绕击情况出现，但在针对性以及有效性等方面依然有待提升。

2 输电线路雷电流实时在线监控系统分析

此次提出的实时在线检测系统组成相对简单，主要分为现场传感器、信号采集模块、电源模块以及上位机软件等几个部分组成。

2.1 雷电流传感器 主要是指基于对雷击线路中的电流波形的仿真模拟，结合具体杆塔的尺寸以及安装信息，从而设计得到适用于测量线路雷击电流和便于安装的电流传感器，重点需要考量环形传感器窗口的规格，避免雷击所产生的大电流穿过传感器外壳。为了确定线圈的灵敏度以及线性情况，此次还对设计的线圈与圆管式分流器共同检测相同冲击电流波并比对误差情况。结果显示，实际线圈的平均误差可以达到百分之三以内，最大误差也不会高于百分之三，线圈可以长时间的保持较好的线性度。此外，线圈的检测结果大多数情况下要低于实际电流值，基于对线圈灵敏度的重新测定有助于大大降低误差情况，线圈的测量误差也可以保持在百分之一以内。

2.2 信号采集模块 信号采集模块主要用于信号采样，对杆塔以及绝缘子串上的雷电流波形等机型八位双极性、十兆赫兹的速率采样，各个通道以及并行的方式运行。该模块主要基于单片机实现对各个通道的有效控制与数据分析。

2.3 数据的技术与传输 该模块硬件部分对于技术要求较高，系统的抗干扰性也有一定的要求。因此该系统设计时采用了嵌入式网络模块、MC35iGPRS模块以及电子盘等几个部分，软件主要基于DOS环境实现。系统借助MC35i/GPRS模块可以实现文件传输协议的方式向远端计算机进行数据的传输。该模块和上位机之间主要基于RS232端口实现数据的异步传输。

2.4 设备电源模块 设备的供电模块主要基于搭载在线路杆塔中的光电转换组件以及蓄电池工程。并利用DC/DC模块对电压进行控制，满足设备的日常运行用电需求，可以长时间的在野外环境下工作。

2.5 上位机软件 前端设备所监测到的相关数据利用GPRS传递至上位机系统，上位机则利用专门开发的上位机软件从而对实时监测到的相关信息等进行解析与判断，进而得到杆塔的具体位置数据、雷电流的幅度、极性以及波形等指标。

3 系统应用分析

3.1 波形分析 就实际监测结果来看，当雷击杆塔时，电流的波形主要为震荡衰减波形式，达到波峰的时间以及震荡周期均小于现行的标准时间；其次，雷云的下行先导作用于塔顶时，形成电势，并且会不断的积累能量，随后沿着杆塔等向大地传递，雷电流对分布电容的反复的充放电过程进而形成震荡，另外回路中存在着电阻，因此雷电流会以一种震荡衰减的形式存在，且在这整个过程中，回路电感并不起到任何作用，故而雷电流的震荡周期时间比较短。最后，因为震荡耍贱类电路波在短时间内存在交替变化，要比现行的标准规定的单次波可能对电气设备更为严格，且更贴近实际，因此更为适用于对输送电线路的绝缘间隙的设计与校验。

3.2 雷击形式研究 基于对搭载于绝缘子串以及地线支架上的电路传感器设备所检测到的电流情况，可以大致的了解雷击杆塔以及绝缘子串相的具体形式。此次雷击，唯有安装在杆塔顶端的传感器监测到的电流数值，且最大，则表明雷击形式为直击杆塔的塔顶。

4 结束语

电能实际已经成为现代人们生活以及工作的重要基础能源，保证其运行健康、可靠对于地区社会稳定、经济发展具有重要意义。而由于输电线路网纵横交错且覆盖面广，因此经常会遭遇雷击等自然因素的影响。此次提出了输送电线路雷电流波形实时监测系统可以详细的分析雷击过程下输电线路的各项参数信息，从而更好的帮助相关部门科学的采取有效的输送电线路防雷措施，确保线路的稳定运行，对于我国电力事业的可持续发展也有一定的积极意义。