论文部分内容阅读
摘 要：虽然国内外已开发了一些能够测量雷电流幅值的雷电监测装置，但是由于测量准确度以及经济成本等方面的原因，这些测量系统目前均未得到广泛应用，也没有得到关于雷电流的长期观测数据。因此，针对性地对信阳电网输电线路雷电监测进行分析研究，研制适合输电线路的雷电监测系统，获得准确、长期的雷电参数，对信阳地区的雷害情况进行分析，为制订信阳电网的防雷措施提供科学依据，将为信阳电网的安全稳定运行提供保障。
关键词：输电线路 雷电监测 分析研究
1、研制背景
雷电是自然界频繁发生的一种电磁现象。由于雷电活动频繁、产生的电磁脉冲强、影响区域广泛。因此，减少雷电产生的自然灾害始终是人类长期奋斗的一个目标。电力系统是一个具有广域分布特征的超大规模系统，其最大的几何尺度可以达到数千公里，容易遭受雷电的冲击。长期以来，由于雷击引起输电线路跳闸的事件频繁发生，对电网的安全稳定运行造成了极大的威胁。我国非常重视电力系统的防雷保护，在不同电压等级的输电线路采取了大量的防雷保护措施，以减少电力系统雷害故障。尽管如此，每年由于雷电造成的输电线路绝缘闪络和破坏等导致的电力能量传输中断、破坏电力系统正常运行的故障仍频繁发生。据统计，由于雷击引起的高压线路跳闸占线路总跳闸次数的70%左右。
雷电流参数一直是架空输电线路和大型电力设备防雷设计的基础参数，而我国雷电流基础参数匮乏，导致我国电网防雷设计及施工缺乏基础性依据，只能借鉴国外相关数据或历史运行经验进行我国电网防雷设计及施工，而雷电流参数分布具有很强的地域性特征，所以仅靠借鉴国外相关数据或历史运行经验，在一定程度上容易造成电网防雷装置设计盲目性，导致输电线路雷击跳闸率居高不下。因此，加强电网雷电基础参数的监测与积累，并提出针对性的防护措施，可为减少电力系统雷害事故，保证供电安全，以及建设坚强电网提供必要的前提和有力保障。
信阳所处区域属于多雷丘陵，电网雷害日趋严重。目前信阳供电公司直属220kV输电线路20条，687.29KM，110kV输电线路37条，490.439KM，35kV输电线路26条，343.61KM。虽然目前安装了多种防雷装置，如避雷器和避雷针，但是从2008年至今还是发生雷击跳闸12次，雷害情况仍然较为严重。这主要是由于测量手段比较落后等原因造成信阳地区的雷电参数比较匮乏，难以有效地针对信阳电网的雷害情况进行防雷设计。
2、研制思路
1、通过查阅国内外相关资料，深入了解国内外雷电流测量工作开展的现状以及测量装置研制的情况，从而确定了本系统研制开发的方向。
2、对信阳地区雷电流的频谱特性进行分析，同时对雷击架空输电线路特点及杆塔雷电流分流情况进行仿真研究，从而得出相关规律，为输电线路雷电监测系统的开发提供理论依据。
3、开发输电线路雷电监测系统，同时进行试运行，进一步验证所开发系统的有效性和可靠性。
3、系统总体构架及设计思想
3.1 系统构架
图1 雷电参数监测系统构架
雷电监测系统构架如图1所示，每套系统主要由2路数据采集终端、ISM/GSM、手持终端以及后台监测系统构成。
3.2 设计思想
雷电参数监测系统在设计过程中遵循如下设计思想：
可靠性和稳定性：具有足够的抗干扰能力和自恢复能力，保证测试系统及通讯网络稳定可靠的运行；
可扩展性：双通道雷电流测量装置系统通过无线网络通信，不受电网规模的影响，可以根据需要在不同的地点安装双通道雷电流测量装置，可以很方便地对监测系统进行扩展。
简单易用性：专家系统界面友好易懂，操作简便，管理人员在办公室就可及时、准确地了解到雷电流特征参数。
可维护性：通过系统提供的系统维和状态自检功能，可以远程监控系统的运行状态，便于系统的维护。
实时性：无线网络通过GSM网络，覆盖范围广，信号质量有保证，可以确保远程通讯的实时性，设备状态信息和雷电流波形参数能够实时准确的在软件系统中反映出来。
要实现上述设计思想与设计目标，重点在于软件结构设计、系统硬件设计、系统防护设计等方面。
4、实施方案
图2 系统工作原理图
雷电流测量系统由两个雷电流传感器、测量主机组成，能同时监测两路雷电流信号，如图2所示。当雷击塔顶引流针时，雷电流传感器获取雷电流信号，通过电缆传送到测量主机，由测量主机测量雷电流信号的幅值和极性，同时记录下雷击时间，并将测量结果存储。为了便于测量数据的获取，设计了两种通讯方式，一种是在现场用便携式笔记本通过ISM通讯方式接收数据（通信距离500米以内），另一种是通过短信告知用户。
巡线工人在巡线的时候，在塔下可以用便携式笔记本通过ISM无线方式来读取雷电流测量仪中的记录，如果有雷电流数据记录在其中，通过简单的操作，将测量数据保存在便携式笔记本中，巡线工人还可以随时读取雷电流测量仪中的时钟，如果发现读取的时钟和实际时间的相差比较大，可以进行校准。此外，另外一种发送短信方式通讯方式，可以每天定时发送一条装置的状态信息短息，在测到数据时候，可以实时将此次数据以短信的方式发送给用户。
5、现场实施
在信阳供电公司所属输电线路中选取了3条落雷频繁的110kV线路，分别在其中3基杆塔上安装了3套雷电监测系统，具体为：110kV信宝线3#、110kV信李线133#、110kV沙宝线25#分别装设LCM-Ⅲ型雷电流全波形测量仪一台。
6、前景预测
1、雷电监测系统可直接、准确的获取所在线路杆塔的雷電流幅值、波形、极性以及雷击时间等雷电流特征参数，在信阳电网推广应用后，为输电线路雷击事故分析、差异化防雷设计等提供基础数据，可有效的减少雷击事故的发生，保证供电可靠性。
2、对于电网差异化防雷设计的应用具有推动作用，可在公司系统内深入推广。
3、应用于其他行业（如铁路、航空等）的防雷工程领域，为雷电机理研究和雷电灾害防御提供支持。
关键词：输电线路 雷电监测 分析研究
1、研制背景
雷电是自然界频繁发生的一种电磁现象。由于雷电活动频繁、产生的电磁脉冲强、影响区域广泛。因此，减少雷电产生的自然灾害始终是人类长期奋斗的一个目标。电力系统是一个具有广域分布特征的超大规模系统，其最大的几何尺度可以达到数千公里，容易遭受雷电的冲击。长期以来，由于雷击引起输电线路跳闸的事件频繁发生，对电网的安全稳定运行造成了极大的威胁。我国非常重视电力系统的防雷保护，在不同电压等级的输电线路采取了大量的防雷保护措施，以减少电力系统雷害故障。尽管如此，每年由于雷电造成的输电线路绝缘闪络和破坏等导致的电力能量传输中断、破坏电力系统正常运行的故障仍频繁发生。据统计，由于雷击引起的高压线路跳闸占线路总跳闸次数的70%左右。
雷电流参数一直是架空输电线路和大型电力设备防雷设计的基础参数，而我国雷电流基础参数匮乏，导致我国电网防雷设计及施工缺乏基础性依据，只能借鉴国外相关数据或历史运行经验进行我国电网防雷设计及施工，而雷电流参数分布具有很强的地域性特征，所以仅靠借鉴国外相关数据或历史运行经验，在一定程度上容易造成电网防雷装置设计盲目性，导致输电线路雷击跳闸率居高不下。因此，加强电网雷电基础参数的监测与积累，并提出针对性的防护措施，可为减少电力系统雷害事故，保证供电安全，以及建设坚强电网提供必要的前提和有力保障。
信阳所处区域属于多雷丘陵，电网雷害日趋严重。目前信阳供电公司直属220kV输电线路20条，687.29KM，110kV输电线路37条，490.439KM，35kV输电线路26条，343.61KM。虽然目前安装了多种防雷装置，如避雷器和避雷针，但是从2008年至今还是发生雷击跳闸12次，雷害情况仍然较为严重。这主要是由于测量手段比较落后等原因造成信阳地区的雷电参数比较匮乏，难以有效地针对信阳电网的雷害情况进行防雷设计。
2、研制思路
1、通过查阅国内外相关资料，深入了解国内外雷电流测量工作开展的现状以及测量装置研制的情况，从而确定了本系统研制开发的方向。
2、对信阳地区雷电流的频谱特性进行分析，同时对雷击架空输电线路特点及杆塔雷电流分流情况进行仿真研究，从而得出相关规律，为输电线路雷电监测系统的开发提供理论依据。
3、开发输电线路雷电监测系统，同时进行试运行，进一步验证所开发系统的有效性和可靠性。
3、系统总体构架及设计思想
3.1 系统构架
图1 雷电参数监测系统构架
雷电监测系统构架如图1所示，每套系统主要由2路数据采集终端、ISM/GSM、手持终端以及后台监测系统构成。
3.2 设计思想
雷电参数监测系统在设计过程中遵循如下设计思想：
可靠性和稳定性：具有足够的抗干扰能力和自恢复能力，保证测试系统及通讯网络稳定可靠的运行；
可扩展性：双通道雷电流测量装置系统通过无线网络通信，不受电网规模的影响，可以根据需要在不同的地点安装双通道雷电流测量装置，可以很方便地对监测系统进行扩展。
简单易用性：专家系统界面友好易懂，操作简便，管理人员在办公室就可及时、准确地了解到雷电流特征参数。
可维护性：通过系统提供的系统维和状态自检功能，可以远程监控系统的运行状态，便于系统的维护。
实时性：无线网络通过GSM网络，覆盖范围广，信号质量有保证，可以确保远程通讯的实时性，设备状态信息和雷电流波形参数能够实时准确的在软件系统中反映出来。
要实现上述设计思想与设计目标，重点在于软件结构设计、系统硬件设计、系统防护设计等方面。
4、实施方案
图2 系统工作原理图
雷电流测量系统由两个雷电流传感器、测量主机组成，能同时监测两路雷电流信号，如图2所示。当雷击塔顶引流针时，雷电流传感器获取雷电流信号，通过电缆传送到测量主机，由测量主机测量雷电流信号的幅值和极性，同时记录下雷击时间，并将测量结果存储。为了便于测量数据的获取，设计了两种通讯方式，一种是在现场用便携式笔记本通过ISM通讯方式接收数据（通信距离500米以内），另一种是通过短信告知用户。
巡线工人在巡线的时候，在塔下可以用便携式笔记本通过ISM无线方式来读取雷电流测量仪中的记录，如果有雷电流数据记录在其中，通过简单的操作，将测量数据保存在便携式笔记本中，巡线工人还可以随时读取雷电流测量仪中的时钟，如果发现读取的时钟和实际时间的相差比较大，可以进行校准。此外，另外一种发送短信方式通讯方式，可以每天定时发送一条装置的状态信息短息，在测到数据时候，可以实时将此次数据以短信的方式发送给用户。
5、现场实施
在信阳供电公司所属输电线路中选取了3条落雷频繁的110kV线路，分别在其中3基杆塔上安装了3套雷电监测系统，具体为：110kV信宝线3#、110kV信李线133#、110kV沙宝线25#分别装设LCM-Ⅲ型雷电流全波形测量仪一台。
6、前景预测
1、雷电监测系统可直接、准确的获取所在线路杆塔的雷電流幅值、波形、极性以及雷击时间等雷电流特征参数，在信阳电网推广应用后，为输电线路雷击事故分析、差异化防雷设计等提供基础数据，可有效的减少雷击事故的发生，保证供电可靠性。
2、对于电网差异化防雷设计的应用具有推动作用，可在公司系统内深入推广。
3、应用于其他行业（如铁路、航空等）的防雷工程领域，为雷电机理研究和雷电灾害防御提供支持。