基于输电线路对地泄流监测的故障实时定位装置

丁斌+王勇+赵泽渊

摘 要：随着科学技术的发展，在输电运行中也涌现出了大批先进的设备，在当前的输电运行中通常会应用到雷电定位系统来进行输电运行管理中的雷电分析和雷电查询以及线路故障点查询等。随着雷电定位系统在输电运行中的运用，使得输电运行的质量和效率都得到了大幅度提高。运用雷电定位系统可以极快的速度将雷电故障查出，从而将查找雷击故障的效率提高了大约60%。然而就目前雷电定位系统在输电运行中运用的实际情况而言，由于安全生产管理的不断创新，雷电定位系统也必须进一步完善，从而才能够使得输电运行的效率和质量得到进一步提高。因此加大对雷电系统在输电运行中的运用进行分析研究不仅意义重大，而且迫在眉睫。

关键词：雷电泄流；雷电定位；故障分析；跳闸；雷电监测

1 概述

在整个电力系统中，输电线路是整个电力系统的重要部分，同时也是实现电能转移的主要结构。输电线路在电力系统中起着输送电能的作用，并且输电线路还具有点多和线长以及面广等特点。并且从输电线路投入使用开始，通常都是暴露在外，因此输电线路在电力系统的运作过程中深受自然因素的影响，从而很容易导致其出现故障。导致输电线路出现故障的原因却多种多样，有环境性的故障还有结构性的故障，而雷击则是导致这些故障的主要原因之一，但是在确认和查找累积故障的工作量却非常巨大，并且还可能会有多次检查的情况。在没有使用雷电定位系统以前，查找雷电的工作通常都会比较盲目。

2 技术描述

本基于输电线路对地泄流监测的故障实时定位装置的由定位集控主机、雷电监测装置组成：

定位集控主机基于X86系统构架采用高端处理系统结合无线短波电报自组网交换组件设计开发，主机控制软件由数据存储系统、实景地理信息系统等两大部分组成，其中数据存储系统与数据处理系统负责将无线短波电报自组网交换组件收到的监测数据存储分析，实景地理信息系统用于在屏幕上以三维遥感形式展示雷击位置与类型。

通过应用自主研发的实景综合地理信息系统和可编程卫星遥感影像技术，搭建调度信息中心统一指挥决策平台，追踪并展现各业务系统的图形图像、视频、文字、虚拟线路模型之间的内在联系，辅助现场指挥；并应用综合实时信息和分析功能形成辅助决策支持系统，满足电网管理企业的生产指挥决策需要。帮助输电线路运维单位建立领先的生产指挥监测决策体系。其具有电网实景展现、线路杆塔台账查看、在线监测预警、线路状态分析等功能。

如果说定位集控主机是系统的中枢神经，雷电监测装置就是系统神经末梢。雷电监测装置将安装在重点雷击区域的每基铁塔的接地引线上，将其直接扣在塔脚其中一根接地引线上，实时采集数据发送至无线短波电报自组网数据交换网，其它雷电监测装置将自动中继给通讯范围内的其它雷电监测装置，以此类推逐级中继最终将数据传输至定位集控主机。

本装置利用互感器取电原理实现自供电，待机状态下进行电池充电。单片机将实时监测互感器输出电流波形以此作为雷击与故障类型判定标准，通过同时比对多基铁塔的采集信号定位集控主机可以精确定位雷电击中了那一基铁塔。

通过使用接地引线电流多频波形采集技术进行雷电信号采集，将雷电流波形信号经过转换处理通过无线短波电报自组网数据交换网发送出去。承载雷电流波形信号的数据包将被定位集控主机接收到并通过相关分析软件进行告警。

基于接地引线电流多频波形采集技术的故障定位原理是通过高频铁氧体互感器采集的杆塔接地引线电流情况进行雷击识别与分析。当发生杆塔雷击对地放电泄流时，同时相邻铁塔的雷电监测装置将不同程度的采集到相应波形数据，经定位集控主机进行波形分析比对后可以精确定位发生雷击铁塔位置，并推算出雷击故障类型，其精度理论上可以达到50米。

本基于输电线路对地泄流监测的故障实时定位装置的由定位集控主机与雷电监测装置组成；本装置具有以下关键技术特征：

a.多频互感器波形采集技术

本系统采用高频铁氧体互感器结合高速运放与超高速数模转换器进行纳秒级电流波形实时采集，装置端本地预分析后将结果打包上传至无线短波电报自组网数据交换网。在这里我们使用EL2480CS系列高速运放其带宽达到了250MHz、转换速率为1200V/US，可以满足一般雷电10Hz至180MHz频率采集需要。为了采集高达250MHz波形数字化采集需要，采用仪表级ADC16DX370芯片进行波形数字化，其16位模数精度、370MSPS采样速率可以有效的完成多频互感器波形采集工作。多频互感器波形采集技术是通过不同的滤波器与缓冲器将大于180MHz的雷电频率以每180MHz一个带宽通道分开，利用缓冲器进行变频多路运放与数模转换器组合同时采集不同频率范围的电流波形信号。

同时，本系统中互感器感应出来的电流换能，将其转化为1-3伏交流电，经整流稳压得到1.8伏充电电压为后备电池进行低速充电。

b.无线短波电报自组网数据交换网

无线短波电报自组网数据交换网技术是在一种自主对等14MHz跳频短波基站网络技术，该技术将每一首发节点均视为中继节点，并允许一对多数据报文中继。鉴于此原理使用无线自动接力技术实现的无线网络将具有无可比拟的网络健壮性，与实施便利性。在本系统中使用了短波SSB模式报文数据传输方式，自主开发无线自组网数据报协议，每个设备均具有无线数据厚膜芯片以中继模式工作，时刻中继周围设备发来的数据报文。单一设备可覆盖5公里的数据通讯范围。

c.对地放电定位检测技术

雷电监测装置通过采集全线雷击电流波形情况进行雷击检测。当发生故障放电时，定位集控主机进行全线波形分析比对后可以精确定位发生对地放电的铁塔位置，并推算出雷击点、异物放电、鸟闪点、树木闪络、外力放电点等诸多故障位置与故障范围，其精度理论上可以达到50米。

3 结论

随着科学技术的发展，各种故障定位系统在输电运行中也得到了长足的发展。随着故障定位系统在输电运行中的运用，使得输电运行的质量和效率都得到了大幅度提高。然而由于输电线路还具有点多和线长以及面广等特点，因此在确认和查找放电泄流与雷击故障的工作量却非常巨大。而随着本装置系统在输电运行中的运用，运用本系统可以极快的速度将故障查出，使得输电运行的质量和效率都得到了大幅度提高。通过本文对基于输电线路对地泄流监测的故障实时定位装置在输电运行中运用的深入分析，相信读者对其也有了更深刻的认识，而随着科学技术的日新月异，在输电运行中的运用必定会更加科学完善，进而使查找故障的效率得到进一步提高。

参考文献

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