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近年来,随着全球经济的快速发展,电力系统的稳定运行起着至关重要的作用。雷电作为引起输电线路故障的主要原因之一,如何实现输电线路雷电在线监测及其应用技术成为在线监测领域研究的热点,其中雷电流的在线监测研究更是引起了防雷专家学者的极大兴趣。基于微分环的雷电流在线监测方法具有非接触式安全测量与全波准确记录两大优势,可在保证雷电流全波准确测量的前提下,安全、可靠、非接触地直接测量各相导线上流过的雷电流。此外,输电线路雷电流全波参数的测量是进行线路防雷研究工作的基础,可为故障类型分析与识别、雷电参数反演以及制定线路的“差异化”防雷对策和绝缘配合设计等研究提供精确的原始数据,具有广阔的应用前景。因此,研究基于微分环的输电线路雷电流监测识别及反演方法,对于推进输电线路雷电全波在线监测及其应用有着特别重要的现实意义。但是,欲实现基于微分环的雷电流在线监测系统的广泛应用,必须改进和完善现有基于微分环的雷电流在线监测系统,针对非接触式测量方法,探寻其相应的雷击故障识别和雷电参数反演等方法,从而扩展基于微分环的雷电流在线监测系统的实际应用领域。为此,本文在国家自然科学基金(批准号:51177176)、云南电力公司科技基金(批准号:K-YN2012-200)的支持下,对基于PCB微分环的输电线路雷电流在线监测识别及反演方法进行了深入研究。论文取得的主要成果有:①针对传统绕线式微分环所具有的绕制疏密程度随机性大和灵敏度较低的不足,利用印制电路板(Printed Circuit Board,PCB)成熟的制作工艺,研制了基于PCB微分环的雷电流传感器。该传感器带宽理论值为14 MHz,能以较高灵敏度测量微分信号(可达2 V/k A),结合数值积分技术,准确地还原被测电流波形。实验表明,在被测距离1.4 m下,能够准确实现雷电流非接触式测量,平均测量误差仅为3.05%。搭建了基于微分环的雷电流在线监测系统,将其安装运行于110 k V输电线路,并获得雷电流实测波形数据。②运用基于ADF-EMS的频域分析法,研究了雷电通道波速、入射角和弯曲度等因素对微分环安装处磁场的影响,提出了雷电通道模型方案。在此基础上,建立了基于ADF-EMS的三维多杆塔场模型,分析了在四种典型直击雷故障类型下安装点的磁场情况,并讨论了雷电通道对微分环测量结果的影响程度;利用EMTP-ATP仿真软件建立了计及冲击电晕的多杆塔路模型,得到并分析了13种常规与特殊直击雷故障类型监测点的暂态电流时域波形。③以13种常规与特殊直击雷故障类型监测点暂态电流行波为基础,构造了基于信号能量特征的故障聚类指纹图谱,提炼出马氏距离特征量,初步将输电线路雷电流直击雷分为三大类,进而基于S变换理论,分析各大类的S模时频模矩阵图及频谱图,提炼出S变换特征量,提出了基于马氏聚类和S变换的输电线路直击雷故障识别方法。验证实验表明,不同雷击故障类型验证样本的正确率均高于90%,并成功应用于4例基于微分环的雷电流在线监测系统实测波形的故障识别。④配合针对微分环测量数据的雷击定位算法,采用数值逆变换、时域卷积、样条插值等数值处理方法,提出了雷电流波形反演方法。在此基础上,利用仿真模型数据,从统计学角度提出了不同雷击类型的雷电流幅值反演方法,从而提出由雷电流幅值反演和波形反演方法共同构成的基于微分环测量的雷电流全波反演方法。仿真实验可知,该雷电流全波反演方法有效可行。综上,本论文针对现有基于微分环的雷电流监测识别及反演方法进行了深入研究。研制了基于PCB微分环的雷电流传感器,利用ADF-EMS仿真软件研究了雷电通道磁场对微分环测量结果的影响程度,从而建立了计及冲击电晕的EMTP-ATP输电线路多杆塔路模型,得到了多种直击雷故障类型的监测点处暂态电流波形。在此基础上,提出了基于马氏聚类和S变换的输电线路直击雷识别方法和基于微分环测量的雷电流全波反演方法,为基于微分环的雷电流在线监测系统的广泛应用提供了重要的理论依据和技术支撑。