一种风电场杆塔雷击落点的监测方法与流程

本发明涉及风电场雷击故障监测技术领域，特别是涉及一种风电场杆塔雷击落点的监测方法。

背景技术：

风力发电场一般建设在高原、平原、山丘等相对空旷的地方，电气设备遭受雷击的概率远高于一般的发电厂。据不完全统计，大部分的风电场都有雷击现象出现过，造成叶片烧损、线路跳闸等现象。因此，为消除故障，必须找到风电场线路雷击落点。

目前，现有雷击点的寻找一般通过人工方式寻找。在故障区段，无风天气，首先对杆塔的接地通道进行故障点的排查，检查接地引下线的接地联板有无烧熔或白点现象；检查地线与杆塔连接处有无烧伤痕迹，有无白点等雷击现象；检查混凝土杆塔的拉线棒与UT线夹连接处有无雷击白点或烧伤痕迹；检查混凝土杆的穿钉螺栓与地线的连接处有无雷击点、放电痕迹等现象；检查绝缘子串有无放电痕迹，瓷质绝缘子瓷体有无圆形状瓷釉脱落现象；检查线夹至防振锤处的导线有无烧伤或断股现象。故障区段，有风天气，还应检查杆塔的脚钉、杆塔的拉线上部以及耐张杆塔跳线处的导线和横担处有无放电痕迹，如有说明雷电过电压时发生了风偏事故。

风电场中风力发电机组数量较大，一个中型的风电场中一般安装有几十甚至上百台风力发电机组，相邻风力发电机组之间的间距一般为1千米左右，在空旷的地方，采用架空线路居多，采用的集电线路出线杆塔及联络塔多达上百个，因此，上述人工找寻雷击点的过程虽然有章可循，但排查过程复杂，耗时耗力，而且容易疏忽细微之处，造成误判漏判情况的发生。因此，创设一种能够快速、准确地找寻到雷击落点的方法，可以快速消除故障，尽快恢复发电，减少因停机造成的经济损失。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种风电场杆塔雷击落点的监测方法，使其能够快速、准确地找寻到雷击落点，迅速消除故障，减少因停机造成的经济损失，从而克服现有的人工排查费时费力且存在误判漏判的不足。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种风电场杆塔雷击落点的监测方法，包括以下步骤：S1.设风电场共有n个杆塔，第m个杆塔遭受了雷击，建立n×n的矩阵A：

其中，β_m为第m个杆塔的分流系数，X_gi为第i个杆塔与前一个杆塔或设备之间的避雷线的电感值；S2.设矩阵矩阵其中，I为总雷电流瞬时值，β₁至β_n代表第1至第n个杆塔的分流系数，I_t1至I_tn代表通过第1至第n个杆塔的电流瞬时值；S3.根据A＝CB^-1求出矩阵A，在矩阵A中找出数值为1的行列数即为m值，从而找出遭受了雷击的第m个杆塔。

作为进一步地改进，所述步骤S2中通过在杆塔基座上设置雷电流采集卡获得通过杆塔的电流瞬时值。

由于采用上述技术方案，本发明至少具有以下优点：

本发明的风电场杆塔雷击落点的监测方法，能够快速、准确地找寻到雷击落点，迅速消除故障，方便进行检修与恢复送电，减少因停机造成的经济损失。

附图说明

上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。

图1是计算杆塔分流系数用的电路原理图。

图2是实际运行风电场雷击时的电路示意图。

具体实施方式

本发明要提供一种风电场杆塔雷击落点的监测方法，能够快速、准确地找寻到雷击落点，迅速消除故障，方便进行检修与恢复送电，减少因停机造成的经济损失。

GB T 50064-2014交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范中有规定：杆塔顶部电位的瞬时值与通过杆塔的电流瞬时值有关，而通过杆塔的电流瞬时值与总雷电流的关系可用下式表示：

i_t＝βi(1)

式中：i_t——通过杆塔的电流瞬时值，单位kA；

i——总雷电流瞬时值，单位kA；

β——杆塔分流系数，可由图1的电路算出。

图1中，L_g为杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联值，单位μH。对单避雷线L_g约等于0.67l，对双避雷线L_g约等于0.42l。l为档距长度，单位m。L_t为杆塔电感，单位μH。R_i为杆塔冲击接地电阻，单位Ω。

如取雷电流波形为斜角波，则杆塔中的雷电流波头也可近似取为斜角波，杆塔分流系数β为：

式中：τ_t——雷电流波前时间，取2.6μs。

对于运行中的电路，避雷线的电感值L_g可用经验值取得，接地电阻R_i与杆塔电感L_t可以通过试验取得。因而，对于一个运行中线路，杆塔的分流系数也可以通过上述公式(2)取得。

如图2所示的线路杆塔：如果雷电击中图2所示2#杆塔，雷电流通过避雷线与杆塔分流。图2中，X_gi为第i个杆塔与前一个杆塔或设备之间的避雷线的电感值；R_ti+jX_ti代表第i个杆塔的阻抗(R_ti为电阻，X_ti为电抗)，字母j是复数符号。按照上述公式(1)，总雷电流I在2#杆塔分流为β₂I，在1#杆塔分流为3#杆塔分流为因此有：

其中，β₁、β₂、β₃分别代表1#杆塔、2#杆塔、3#杆塔的分流系数，I_t1、I_t2、I_t3分别代表通过1#杆塔、2#杆塔、3#杆塔的电流瞬时值。

推理可证，假定共有n个杆塔，第m个杆塔遭受雷击，则有：

上述公式(4)中，X_gi为第i个杆塔与前一个杆塔或设备之间的避雷线的电感值；β_m为第m个杆塔的分流系数，I_tm为通过第m个杆塔的电流瞬时值，I为总雷电流瞬时值，β₁至β_n代表第1至第n个杆塔的分流系数，I_t1至I_tn代表通过第1至第n个杆塔的电流瞬时值。

对公式(4)而言，设矩阵：

则：A＝CB^-1。

所以，只需要求出矩阵A，在矩阵中找出数值为1的行列数，即等于求出了m值，从而快速找出遭受了雷击的第m个杆塔。

矩阵C中，对于通过杆塔的电流瞬时值，可以采取在杆塔的基座加装雷电流采集卡获得，应用时在每个杆塔的4个基座上分别安装雷电流采集卡，记录4个采集卡获取的电流之和作为每个杆塔相应的电流瞬时值。

综上所述，本发明风电场杆塔雷击落点的监测方法，采用雷电流采集卡，配合线路参数，辅助以数学手段，可以迅速计算出杆塔落雷点，定位快速、判断准确。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。