基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法

摘要

本发明涉及一种基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法，属于故障识别技术领域。本发明方法基于光学集成电场传感器的测量数据，通过滤波、过电压提取、解耦等方法，将三相独立的绝缘子两端的雷电过电压从原始波形中分离出来，根据三相雷电过电压的极性来判别直击雷和感应雷。该方法经实际验证，具有安装测试方便，故障识别率高的优点。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法，属于故障识别技术领域。

背景技术

高压架空输电线路是电力系统中重要组成部分，其分布很广、纵横交错、绵延数百里乃至上千公里，所以极易受雷击。雷电过电压分为直击雷过电压和感应雷过电压。直击雷是指雷电直接击中电气设备、线路或建筑物，引起强大的雷电流流过这些物体导致在整个系统过电压；感应雷是指雷云对地放电过程中，放电通道周围空间的电磁场发生急剧变化，在附近导体上产生感应雷过电压。

统计资料显示，我国高压架空输电线路由雷击引起的跳闸次数占运行总跳闸次数的40％-70％。对于大于110kV的高压输电线路，直击雷过电压对线路绝缘的危险最为严重，但它只占雷击率的10％。我国主要配电网6～35kV电网由于绝大多数无避雷线保护，自身绝缘水平较低，最易发生雷害事故，低压配电系统由感应雷引起的故障率大于90％。雷击可能引起线路开关跳闸造成停电事故，还会造成电气设备损坏，甚至导致电力系统瓦解等恶性事故，造成重大的经济损失，严重影响电力系统运行的稳定性、可靠性、安全性和经济性。

由于直击雷和感应雷产生的机理不同，造成的故障类型和防护手段也各不相同，故应该对直击雷和感应雷进行辨识，为防雷设计提供依据，有针对性地采取防雷措施，可提高线路防雷水平。

发明内容

本发明目的是提出一种基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法，基于光学集成电场传感器的测量数据，通过滤波、过电压提取、解耦等方法，将三相独立的绝缘子两端的雷电过电压从原始波形中分离出来，根据三相雷电过电压的极性来判别直击雷和感应雷。

本发明提出的基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法，包括以下步骤：

(1)将三台光学集成电场传感器分别安装在变电站中待测量线路的正下方，使三台光学集成电场传感器的离地高度相同，并使三台光学集成电场传感器的极性朝向一致，分别对三台光学集成电场传感器通光，以在线监测待测量线路上雷电过电压的波形；

(2)当待测量线路有直击雷或者感应雷发生时，三台光学集成电场传感器分别测量得到电场波形，该电场信号由雷电过电压电场波形和三相工频电场波形叠加而成，利用小波变化或平均滤波方法，对测量得到的电场波形进行滤波处理，得到滤波后的电场波形，并对测量得到的电场波形分别乘以相应光学集成电场传感器的转化因数，得到测量电压波形，其中，光学集成电场传感器的转化因数为测量电场是1V/m时所对应的实际电压值；

(3)将上述步骤(2)的测量电压波形，与由变电站中三台光学集成电场传感器在未发生雷击时对待测量线路测量得到同相位下的工频电压波形相减，得到待测量线路的互有耦合三相雷电过电压波形；

(4)对上述互有耦合三相雷电过电压波形进行解耦，设互有耦合三相雷电过电压波形为U_A、U_B、U_C，解耦后的三相雷电过电压波形为U_a、U_b、U_c，建立如下解耦方程：

其中，q_ij为解耦系数，i＝1，2，3，j＝1，2，3，q_ij∈[0，100]；

(5)对解耦后的三相雷电过电压波形U_a、U_b、U_c的极性进行判断，若三相雷电过电压波形U_a、U_b、U_c的极性相同，则判定待测量线路发生了感应雷，若三相雷电过电压波形U_a、U_b、U_c的极性不同，则判定待测量线路上发生了直击雷。

本发明提出的基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法，其优点是：

1、本发明方法中使用光学集成电场传感器，具有安装方便，便于测量的特点。

2、本发明方法经实际验证，可有效的判别待测量线路上的直击雷和感应雷。

具体实施方式

本发明提出的基于光学集成电场传感器的直击雷和感应雷的判别方法，包括以下步骤：

(1)将三台光学集成电场传感器(本发明的一个实施例中，使用的三相光学集成电场传感器由清华大学生产，可参见公开号为CN102854403B的中国专利申请)分别安装在变电站中待测量线路的正下方，使三台光学集成电场传感器的离地高度相同，并使三台光学集成电场传感器的极性朝向一致，分别对三台光学集成电场传感器通光，以在线监测待测量线路上雷电过电压的波形；

(2)当待测量线路有直击雷或者感应雷发生时，三台光学集成电场传感器分别测量得到电场波形，该电场信号由雷电过电压电场波形和三相工频电场波形叠加而成，利用小波变化或平均滤波方法，对测量得到的电场波形进行滤波处理，得到滤波后的电场波形，并对测量得到的电场波形分别乘以相应光学集成电场传感器的转化因数，得到测量电压波形，其中，光学集成电场传感器的转化因数为测量电场是1V/m时所对应的实际电压值；

(3)将上述步骤(2)的测量电压波形，与由变电站中三台光学集成电场传感器在未发生雷击时对待测量线路测量得到同相位下的工频电压波形相减，得到待测量线路的互有耦合三相雷电过电压波形；

(4)对上述互有耦合三相雷电过电压波形进行解耦，设互有耦合三相雷电过电压波形为U_A、U_B、U_C，解耦后的三相雷电过电压波形为U_a、U_b、U_c，建立如下解耦方程：

其中，q_ij为解耦系数，i＝1，2，3，j＝1，2，3，q_ij∈[0，100]；

(5)对解耦后的三相雷电过电压波形U_a、U_b、U_c的极性进行判断，若三相雷电过电压波形U_a、U_b、U_c的极性相同，则判定待测量线路发生了感应雷，若三相雷电过电压波形U_a、U_b、U_c的极性不同，则判定待测量线路上发生了直击雷。