[发明专利]输电线路雷电绕击、反击判别器

说明书

技术领域

本发明属于雷电信息测量领域，特别是提供了一种输电线路雷击闪络路径检测设备，采用两部分电流传感器配合方案测量雷击输电线路时的闪络路径——反击或绕击；而且，本设备通过对传感器输出信号进行处理，还可以对雷电流的大小进行测量。

技术背景

我国雷电活动非常频繁，输电线路常常因遭受雷击而发生停电事故。雷击故障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。雷电无论是直击雷(雷电落在线路本身)还是感应雷(雷电落在线路附近)，都有可能造成线路绝缘子闪络，进而导致接地故障，造成停电事故，影响社会生产。因此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来设计输电线路的绝缘配合、避雷线保护角等一系列参数。然而，雷电活动属于小概率事件，参数具有强烈的随机性，雷击特性需要从大量的实测数据中统计。同时，雷电活动的真实信息由于关注不够导致检测手段的缺乏，以至于数据采集量远远不足。按照目前不很准确的雷电信息设计的输电线路常常发生雷击事故，因此，对雷击事件真实数据的采集显得尤为重要。

输电线路遭受雷击时发生绝缘子闪络，其闪络路径有两种。第一种是绕击路径——雷电“绕过”避雷线，击中输电导线，雷电流从输电导线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，参见附图1；第二种是反击路径——雷电击中避雷线或杆塔，部分雷电流沿塔身流入大地，另一部分雷电流从杆塔沿绝缘子表面的闪络电弧流到高压导线上，参见附图2。

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：对于绕击，根据规程设计，应改进避雷线位置来减小保护角；对于反击，应降低杆塔接地电阻，或增加绝缘子，提高耐雷水平。由于对雷电参数掌握不够，实际效果与设计要求有一定差距。尤其是当闪络发生后，反击还是绕击判别不明，难以有针对性地采取措施，设计缺陷无从查证。因此，急需一种可靠判别绕击和反击的方法，以获取准确的雷电信息，指导防范措施，改进输电线路设计。

目前国内外在测量雷电信息主要研究工作集中在三个方面：

第一，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；第二，在试验基地的模拟线路上进行雷击试验研究；第三，大规模推广应用雷电定位系统，获得了各地区雷暴日、落雷次数、雷电流幅值分布概率等基本雷电活动参数。目前获取真实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分布稀疏的观测站，远离雷击点，测量精度有限，南方山区测量误差达公里级，定位极差，更不能区分反击和绕击。国外有的装置，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约10％是由正电荷雷云产生的，以上述假设为基础来获得的数据仍存在不可接受的误差。

在实际输电线路上实测雷电闪络路径的方法，06年出现了专利号为200610089771.8的电压传感器与电流传感器同时使用的雷电绕击判别装置。经研究，该装置的确存在一些设计不足：

①对于绕击情况，绕击电流路径包括导线、闪烙绝缘子、杆塔本体及杆塔接地网。由于电压传感器电容充电需要一定的时间，不能使用雷电波过程来分析电压、电流相位关系，必须使用集中参数电路分析。因此，必须考虑到如杆塔电感、接地电阻、电压传感器回路电容与电阻等集中参数元件对电流，电压波形移相影响。电压、电流相位差与杆塔电感量、杆塔地网电阻值有关，导致每个杆塔电压、电流相位差均不同。因此，电流、电压传感器输出信号间的关系并不存在如200610089771.8专利所描述的电压、电流相位差仅为0度(同相)或180度(反相)的情况，而是复杂的向量关系。

②由于测量电压电容极板两端分别与绝缘子金具、杆塔以及横担存在电容，相当于测量电压回路有三个电容串联，由于雷击往往伴随降雨过程，雨水条件下空气介质的导电性增加，测量电压电容极板与金具、杆塔的电容的泄漏电阻(并联)大幅度减小，等效充电时间常数大幅度增加。

当雷击杆塔或绕击导致绝缘闪烙时，由于杆塔接地，雷电波在杆塔处会产生负反射，雷击引起杆塔电位升高的时间远远小于雨天条件下的电压传感器充电时间常数，使电压传感器没有输出，因此无法采集到电压信号。

③在反击时200610089771.8专利无法测量流经杆塔入地的雷电流参数，因此无法测量雷击总电流参数。