专利名称：高压输电线路雷击闪络路径检测方法
技术领域：
本发明属于高压输电线路雷电信息测量领域，特别是提供了一种高压输电线路雷击闪络路径检测方法，采用电流传感器和电压传感器测量雷击输电线路时的闪络路径(反击和绕击)。
背景技术：
我国南方地区雷电活动非常频繁，并且全国拥有数量庞大的高压输电线路将电能从发电厂送往大中城市。高压输电线路常常因遭受雷击而发生停电事故。雷击事故是输电线路最常见的事故之一，严重影响了电力供应的安全性和可靠性。雷电无论落在输电线路附近的地面上，还是落在线路上，都有可能造成线路上的绝缘子闪络，进而导致单相接地故障。因此高压输电线路从设计到维护均十分重视防雷。在设计阶段，需要根据雷电信息参数设计输电线路的绝缘配合等一系列参数。然而，雷电活动属于小概率事件，并且其参数具有强烈的随机性，需要从大量的实测数据中统计。同时，测量雷电活动的真实信息难度很大。因此，按照目前不很精确的雷电信息设计的输电线路不能达到预期效果，常常发生闪络。
输电线路遭受雷击时发生绝缘子闪络，其闪络路径有两条。第一条是雷电击中避雷线或杆塔，大部分雷电流沿塔身流入大地，小部分雷电流从杆塔顶端向下，沿绝缘子表面的闪络电弧流到高压导线上，该路径称为反击路径，参见附图1。第二条是雷电“绕过”避雷线，击中高压导线，雷电流从高压导线向上，沿绝缘子表面的闪络电弧流到杆塔上，最后沿杆塔流入大地，称为绕击路径，参见附图2。显然，雷电的电荷沿这两条路径流动的方向是相反的，并且由此而产生反击率、反击耐雷水平、绕击率、绕击耐雷水平等参数，是输电线路设计中重要参数之一。针对这两种不同性质的闪络，需采用不同的设计防范措施。例如，对于反击，应降低杆塔接地电阻；对于绕击，应改进避雷线位置和保护角。由于对雷电参数掌握不够，实际效果不能达到设计要求。特别是在闪络发生后，无从获知到底发生了反击还是绕击，因而难以有针对性地采取防范措施，也难以找到设计缺陷。因此，急需一种能够判别绕击和反击地方法，以指导防范措施，并提高雷电信息精度、改进线路设计方法。
目前国内外在实测雷电信息领域主要研究工作集中在三个方面。第一，大规模推广应用雷电定位系统，获得了各地区雷暴日、落雷密度、雷电流幅值分布概率等基本雷电活动参数；第二，在试验基地的模拟线路上进行雷击试验研究，例如利用小火箭引雷，测量雷电流的大小，观察线路闪络情况；第三，对雷击杆塔、输电线路感应雷电压进行数值计算，研究合理的计算方法，例如从电磁场数值分析角度进行计算。目前获取雷电活动信息的主要手段是雷电定位系统。该系统利用多个天线遥测落雷方位和雷电流的大小，为输电线路的防雷设计积累了原始数据。但是，雷电定位系统安装在观测站，远离雷击点，测量精度有限，不能区分反击和绕击。国外有个别装置，利用电流传感器测量雷电闪络电流的极性，并且假设雷击事件只由负电荷雷云产生，从而根据电流传感器输出信号的极性区分反击和绕击。但是，事实上雷击事件中有一小部分是由正电荷雷云产生的，根据上述假设获得的数据仍不够准确。
总之，在实际输电线路上实测雷电闪络路径的方法，在国内外均未见报道。
发明内容
本发明的目的在于提供一种高压输电线路雷击闪络路径检测方法，可以区分负电荷雷引发反击，正电荷雷引发反击，负电荷雷引发绕击，正电荷雷引发绕击四种情况。
雷击输电线路引发绝缘子闪络，会出现下列四种情况(1)负电荷雷引发反击；(2)正电荷雷引发反击；(3)负电荷雷引发绕击；(4)正电荷雷引发绕击。若以反击时的雷电闪络电流的流动方向为电流正方向，并且将电流传感器安装在绝缘子串的杆塔侧金具上，则当情况(1)或(4)出现时，电流传感器均测到负电流信号；当情况(2)或(3)出现时，电流传感器均测到正电流信号。因此仅依靠电流传感器不足以区分绕击和反击。
本发明采用电压传感器与电流传感器同时使用，将电流传感器和电压传感器安装在绝缘子串的杆塔侧金具上若以从杆塔横担指向绝缘子串的方向为电流正方向，则对于正电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到正电流信号；对于负电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到负电流信号；若以从绝缘子串指向杆塔横担的方向为电流正方向，则对于正电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到负电流信号；对于负电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到正电流信号。
若以电压传感器的两个极板中远离金具的那只极板为参考地电位，则对于负电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到负电压信号；对于正电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到正电压信号；若以电压传感器的两个极板中靠近金具的那只极板为参考地电位，则对于负电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到正电压信号；对于正电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到负电压信号。
根据电流传感器和电压传感器输出信号的极性，对照上文对各种情况下传感器输出信号极性的描述，能够区分上述四种情况，即能够区分绕击和反击。
步骤为(1)在绝缘子串杆塔侧金具上安装电流传感器和电压传感器，要求安装时明确电流传感器的正方向和电压传感器的参考地电位。
(2)利用电压传感器和电流传感器同时分别测量流经绝缘子串杆塔侧金具的闪络电流和闪络电压。
(3)将电流传感器和电压传感器输出信号的极性带入上文所述的各种情况，则与其相同的描述中的闪络路径就是通过本发明所获得的结论。
本发明所用的电流传感器可以是罗果夫斯基型电流传感器、霍尔电流传感器、光学电流传感器等。
本发明所用的电压传感器可以是耦合电容式电压传感器、光学电压传感器、空间电场型电压传感器等。
本发明的优点在于创造性地利用电流传感器和电压传感器输出信号的极性来判断雷击闪络路径，改变了不能区分反击和绕击的现状，对高压输电线路的设计和维护能够产生重大改善，其经济效益和社会效益将非常巨大；原理新颖而且简单，容易被普通技术人员接受和采用；所采用的传感器技术均是成熟的电流传感器技术和电压传感器技术，成本低廉，易于在全国推广应用。
图1为本发明绝缘子发生反击示意图。
图2为本发明绝缘子发生绕击示意图。
图3为本发明实施例中传感器及数据处理单元安装位置。
图4为本发明实施例中电流传感器原理图及用于信号传输的发光二极管电路。
图5为本发明实施例中电压传感器原理图及用于信号传输的发光二极管电路图6为本发明当负电荷雷反击时，电流传感器输出为负，电压传感器输出为负。其中，Ch1负极性电流通道；ch2正极性电流通道；Ch3负极性电压通道；ch4正极性电压通道。
图7为本发明当正电荷雷反击时，电流传感器输出为正，电压传感器输出为正。其中，Ch1负极性电流通道；ch2正极性电流通道；Ch3负极性电压通道；ch4正极性电压通道。
图8为本发明当负电荷雷绕击时，电流传感器输出为正，电压传感器输出为负。其中，Ch1负极性电流通道；ch2正极性电流通道；Ch3负极性电压通道；ch4正极性电压通道。
图9为本发明当正电荷雷绕击时，电流传感器输出为负，电压传感器输出为正。其中，Ch1负极性电流通道；ch2正极性电流通道；Ch3负极性电压通道；ch4正极性电压通道。
具体实施方法如附图3所示，将罗果夫斯基线圈式电流传感器套在绝缘子串的杆塔侧金具上，要求电流传感器的正方向为从杆塔横担指向绝缘子串，当发生闪络时，则闪络电流流过金具，即可被电流传感器测到；将耦合电容式电压传感器套在绝缘子串的杆塔侧金具上，要求电压传感器的正方向为从绝缘子串金具向外当发生闪络时，则金具的电压就是闪络电压，该电压的极性就是电压传感器输出信号的极性。电流传感器和电压传感器的输出信号通过发光二极管转换成光信号后经光纤送到位于塔身的数据处理单元，经极性比较后即可获知发生的闪络是反击还是绕击，并通过无线电通讯向变电站汇报。
上述实施方法对传感器无特殊要求，并已在实验室得到了验证。附图4和图5描述了所开发的传感器原理，附图6～图9为该传感器所检测到的上述四种情况。传感器输出由示波器显示，其中Ch1为负极性电流通道；ch2为正极性电流通道；Ch3为负极性电压通道；ch4为正极性电压通道。
权利要求
1.一种高压输电线路雷击闪络路径检测方法，其特征在于采用电压传感器与电流传感器同时使用，将电流传感器和电压传感器安装在绝缘子串的杆塔侧金具上，根据这两种传感器输出信号的极性来区分反击和绕击当以从杆塔横担指向绝缘子串的方向为电流正方向，对于正电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到正电流信号；对于负电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到负电流信号；当以从绝缘子串指向杆塔横担的方向为电流正方向，对于正电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到负电流信号；对于负电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电流传感器均检测到正电流信号；当以电压传感器的两个极板中远离金具的那只极板为参考地电位，对于负电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到负电压信号；对于正电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到正电压信号；当以电压传感器的两个极板中靠近金具的那只极板为参考地电位，对于负电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到正电压信号；对于正电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到负电压信号。
2.按照权利要求1或2所述的方法，其特征在于所用的电流传感器为罗果夫斯基线圈型电流传感器、霍尔元件型电流传感器、光学电流传感器。
3.按照权利要求1所述的方法，其特征在于所用的电压传感器为耦合电容式电压传感器、光学电压传感器。
全文摘要
一种高压输电线路雷击闪络路径检测方法，属于高压输电线路雷电信息测量领域。采用电压传感器与电流传感器同时使用，以大地为参考电位，将电压传感器安装在绝缘子串的杆塔侧金具上，则对于负电荷雷引发反击、负电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到负电压信号；对于正电荷雷引发反击、正电荷雷引发绕击情况，电压传感器均检测到正电压信号；根据电流传感器和电压传感器输出信号的极性，能够区分绕击和反击将电流传感器和电压传感器输出信号的极性相比较，当两者同时为正或同时为负时，发生的闪络为反击；当其中一个传感器为输出正，另一个输出为负时，发生的闪络为绕击。优点在于能区分反击和绕击，易被普通技术人员接受和采用。
文档编号G01R31/02GK1924594SQ20061008977
公开日2007年3月7日 申请日期2006年7月14日 优先权日2006年7月14日
发明者程养春, 李成榕, 丁立健, 詹花茂, 屠幼萍 申请人:华北电力大学