输电线路雷击故障点远程定位装置的设计方法

冯魏

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司梧州局 广西省梧州市 543002）

输电线路雷击故障点远程定位装置的设计方法

冯魏

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司梧州局 广西省梧州市 543002）

随着用电需求的增长，输电线路的跨度越来越广，线路也越来越长。在运行过程中，遇到雷雨季节，雷害是造成输电线路故障的主要原因之一。由于雷击位置具有不确定性，在事故发生前无法预知，为了降低雷害影响，就需要在雷害发生时，对故障点迅速准确的定位，这样才能及时到达现场，快速修复故障。

雷害；故障特征；定位原理；微分环传感器

前言

在输电线路运行过程中，雷害事故在总的事故比率中占有最大的比重，对输电稳定剂安全造成了巨大的影响。在雷雨季节，如何有效的防范及降低雷害影响已成为供电公司的一项重要工作。由于雷击事故的发生具有随机性，在事故发生前无法预知，只能在故障发生后才能采取相应措施来降低故障影响，而要想最快的对故障进行处理，就必须依赖于对雷击故障点的定位的快速与准确。在下面这篇文章里，我们将通过对雷击故障进行简单的了解，再根据其特性设计一种新型的故障远程定位装置。

1 雷击故障的分类

在输电线路运行过程中，雷击故障主要是分为感应雷和直击雷两种，其中感应雷指的是当雷击在线路附件地面上时，由于电磁感应现象而引起的过电压。而直击雷指的是雷电直接击打在输电线路上而造成的过电压。通过大量的数据分析，在110kV及以上高压输电线路运行过程中，最为常见的雷击故障是直击雷，根据发生位置的不同直击雷又可以细分为直击、绕击、反击三类。当发生雷击时，雷电基本全是负极性雷，其峰值、波形与周围地质环境、位置、气象条件等诸多因素都存在关系。

2 对故障远程定位装置的要求

为了满足输电线路日常运行需求，所设计的雷击故障点远程定位装置必须要满足下列几项要求：

2.1 可靠性

主要包括不误动和不拒动。要求装置既能对暂时性故障快速反应，又能对永久性故障准确测量。

2.2 准确性

主要是针对定位装置定位是否准确，采集的信息是否能够精确反应实际情况，是否存在误差等。为了提高准确性，需要在软件及硬件两方面同时入手。其与可靠性是相互依存的性质，两者缺一不可。

2.3 经济性

由于输电线路跨度大、线路长，杆塔数量众多，所以需要用到的定位装置数量很大，这就要求在满足准确可靠性的前提下，一定要充分考虑经济性。[1]

3 新型定位装置的设计

由于目前应用较多的集中定位方式都存在一定的缺陷，已经无法满足输电线路日益提高的运行要求，所以迫切的需要一套新的装置来实现对故障点的定位。在这里我们以微分环传感器为基础设计一种新的定位装置。

3.1 设计理论及系统结构

这套远程定位系统主要是由现场检测终端、信号传输系统及后台机等组成。

（1）现场监测终端

主要是由电源模块、信号检测模块、通讯模块、存储模块组成，其中信号检测模块的核心是输电线路杆塔上安装的多个微分环传感器（这种传感器能够准确反映被测电流的波形及幅值，且具有安全性高、抗干扰能力强、线性度好、测量精度高等诸多特点）；电源模块主要是控制蓄电池的充放电，并实现对检测终端的供电，完成信号的检测及传输；通讯模块主要是实现与上位机及移动终端的信号传输；存储模块主要是对装置所在杆塔位置信息及最近几次雷击故障信息进行存储，当发生故障时可将故障杆塔位置发送至上位机，同时当运维人员到达现场时，可对相关故障信息进行查看、核对。

（2）信号传输系统

在这套系统中，我们采用GSM网络来实现现场终端与后台机之间的通讯，现场终端模块在线路正常运行过程中处于待机状态，当发生雷击故障时，模块瞬时启动，及时的将采集到的故障信号及故障杆塔位置传输到后台机，以便故障的进一步处理。

（3）后台监视系统

后台监视系统主要由上位机组成，同时也设计了手机APP，通过在智能手机上安装相关程序，既可以与上位机同步接收到现场反馈数据，同时在故障发生后，运维人员到达现场，可通过对相关现场终端数据的读取，再次确认故障点位置。

3.2 微分环测量雷电流的基本原理

微分环实现对雷电流的测量主要是基于法拉第电磁感应定律，当微分环所测量的线路上出现大的冲击电流时，这一线路周围会出现一个暂态磁场，而微分环与这一磁场交链时，在微分环中会出现一个感应电动势 e（t）：

3.3 不同雷击情况下的电流分布情况

通过对测量终端测得的电流分布情况，能够有效的区分故障类型，雷击情况具体可分为以下几种：

（1）雷击塔顶，未发生反击

当雷击塔顶后，电流主要是通过避雷线向两端传播或是通过杆塔导入大地，各相导线上耦合得到的感应电流很小，其极性与雷电流极性相反。雷击塔顶时，两根避雷线上流过的电流幅值相同，会迅速通过杆塔泄放；雷击点处相线上感应电流近似为零；随着雷击电流的增大，避雷线及相线上感应的电流呈线性增大趋势。

（2）雷击塔顶，发生反击

当发生反击后，两根避雷线上流过的电流极性与雷电流相同，且幅值基本一致，与雷击点较近的相线绝缘子发生闪络，其电流幅值明显增大，且极性与雷电流极性相同。另两相线路导线感应电流近似为零。

（3）雷击某相导线

当雷击某相导线时，若雷电流较小，绝缘子未闪络，则雷电流沿两侧导线传播；当雷电流过大，绝缘子会发生闪络，雷电流一部分沿线路传播，一部分流入杆塔，流入大地或沿避雷线传播。

当未发生绕击时，各导线上感应的电流极性与雷击相导线相反，两根避雷线上感应到的电流幅值稳定，其中接近雷击相导线的避雷线上电流幅值大于较远避雷线上的电流。另两相未被雷击的导线上感应电流随着与雷击点距离增大而增大，且接近雷击相导线的导线电流幅值较大；雷击相上感应电流值最大，且衰减较弱。

当发生绕击闪络后，各导线上的电流波形都会出现明显的截断现象，避雷线上的电流极性发生改变，与雷电流极性一致，其幅值随传播距离的增大而逐渐衰减，这说明有部分雷电流从杆塔经避雷线传播；非雷击相感应电流随着与雷击点距离的增大而增大，且接近雷击相的相线感应电流幅值相对较大；雷击相上电流值最大，且衰减较弱。

3.4 试验分析

通过将这一新型系统应用在实际的雷击故障定位工作中，在整个雷雨季节，其很好的完成了发生雷击时数据的采集、反馈，在发生闪络时，能够及时准确的通知运维人员具体的闪络位置，有效的降低了运维成本，提高了工作效率。但是由于在每个杆塔上需要装设最少5个微分环传感器，所以建设成本较高，在实际的应用过程中，应根据具体地域的雷害情况，结合其他方法进行综合的雷击故障定位。

4 结束语

在上面文章里，我们重点对一种新型的故障点远程定位装置的设计理论及组成进行了探讨。通过对雷击故障点的快速准确定位，能够便于运维人员及时准确的了解故障信息及故障点位置，对于降低故障影响及故障的快速恢复有着重要的意义。随着定位技术及防雷技术的不断发展，在未来的输电线路运行过程中，定位将更加准确，雷害影响将得到进一步控制。

[1]位韶康.基于行波原理的输电线路雷击故障定位方法研究[C].山东理工大学，2013：6～7.

[2]陈小雄，黄新波，朱永灿，王 卓，王列华，张烨.输电线路雷击故障点远程定位装置的设计[J].高压电器，2013（07）：55.

TM863

A

1004-7344（2016）13-0085-02

2016-4-15

冯魏（1986-），男，广西梧州市人，助理工程师，本科，从事输电线路运检工工作。