一种雷击过电压故障点的定位方法

摘要

本申请属于电力系统输配电线路雷电定位技术领域，尤其涉及一种雷击过电压故障点的定位方法。电力系统中，输配电线路遭遇雷击后产生故障的定位方法存在测量精度较低的问题。本申请提供一种雷击过电压故障定位方法，包括用若干分布式电压监测传感器监测线路状态，当传感器判断出现雷击过电压时，将所监测到的电压特征数据上传至后台定位主机，由后台主机对所采集数据进行提取和分析处理，利用线路发生雷击时产生的第一过电压信号相对于系统工频电压每周期的相位传变特性，判断线路雷击点位置。本申请结合脉冲信号注入以及雷击过电压相位传变特性，实现了对输配电线路的雷击位置进行准确定位。

权利要求

1.一种雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：将若干分布式电压监测传感器按预设距离安装在待测的各输配电线路上，通过电压监测传感器实时监测线路的电压信息，并将监测的电压信息以及各传感器的位置信息传输至后台主机；

步骤二：在输配电线路上选取一个电压监测传感器的位置作为测距基准位置，并将该位置标记记为2号、将其相邻的左右两个电压监测传感器所在位置分别标记为1号和3号，利用信号发生器向输配电线路注入脉冲信号；

步骤三：脉冲信号注入后，电压监测传感器分别对1号、2号、3号位置的电压信息进行采集，并将采集的电压特征数据传输至后台主机；

步骤四：后台主机对接收到的电压信息进行分析，提取1号、2号、3号位置电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位，分别记为步骤五：计算2号位置与1号位置相位差为 2号位置与3号位置相位差为 为：步骤六：分别选取不同的电压监测传感器的位置作为基准位置重复步骤二～步骤五，后台主机计算并记录输配电线路上所有电压监测传感器区段上的相位差；

步骤七：当电压监测传感器判断出现雷击过电压时，电压监测传感器的电压采样模块自动记录下此时过电压信号相对于系统工频电压的相位；

步骤八：各电压监测传感器将该监测周期及下一个监测周期内所采集到的所有电压特征数据通过通讯模块上传至后台主机，后台主机对采集数据进行提取和分析处理；

步骤九：筛选出监测到的过电压信号相位最小的三个电压监测传感器，如果这三个传感器安装在同一线路相邻位置，则判定该线路为雷击线路，雷击点在这三个传感器中间的某位置；否则，判定为干扰；

步骤十：最靠近雷击点的电压监测传感器监测到的过电压信号相位最小，最靠近雷击点的电压监测传感器的位置记为2'，在此位置所测的过电压信号相对于系统工频电压的相位记为 2'位置两侧的传感器位置分别记为1'和3'，同时1'和3'位置检测到的过电压信号相对于系统工频电压的相位分别记为 和 位置2'与位置1'的相位差 位置2'与位置3'的相位差 可得：

提取后台主机中存储的位置2'与位置1'的相位差 位置2'与位置3'的相位差若 且 则判断雷击点位于位置2'与位置1'之间；否则，认为雷击点位于位置2'与位置3'之间；

步骤十一：计算雷击点o距离其两侧所述电压监测传感器安装位置的距离；

若故障点位于位置2'与位置1'之间，查询系统中存储的位置2'与位置1'之间的距离L21，雷击点距位置1'、位置2'的距离满足以下方程：8

其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*10m/s(光速)；

雷击点距离位置1'距离：

雷击点距离位置2'距离：

Lo2'＝L21‑Lo1 '                      (式5)若故障点位于位置2'与位置3'之间，查询后台主机中存储的位置2'与位置3'之间的距离L23，雷击点距位置2'、位置3'的距离满足以下方程：8

其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*10m/s(光速)；

雷击点距离位置3'距离：

雷击点距离位置2'距离：

Lo2'＝L23‑Lo3 '                        (式8)。

2.根据权利要求1所述的雷击过电压故障点的定位方法，其特征在于，当在一个电压监测周期内所监测到的过电压幅值超过系统额定电压值的2倍时，即判定为产生雷电过电压情况，电压监测传感器的电压采样装置开始记录下当时监测周期的过电压相对于系统工频电压每周期的相位特征量。

说明书

一种雷击过电压故障点的定位方法

技术领域

[0001] 本申请涉及电力系统输配电线路雷电定位技术领域，尤其涉及一种雷击过电压故障点的定位方法。

背景技术

[0002] 在电力系统中，输配电线路作为电网系统的一个重要组成部分，随着智能电网建设的开展，近年来愈加受到关注与重视。在输电线路杆塔上装设各种状态监测设备是建设
智能输电线路的基础性工作，目前各地电网建设也将其作为主要的发展方向。

[0003] 雷电是危害电力系统安全的重要因素，雷电对输电线路安全运行危害极大，常常造成绝缘子闪络事故，雷击输配电线路是造成跳闸的主要原因。直击雷过电压是雷云直接
击中配电线路、电力塔等电力设备的过电压形式。出现这种形式的原因是雷云本身极强的
电流在借助电力设备传到地下后，产生落差很大的电压降，从而出现雷击过电压。特别是在
山区郊外及交通不便的地区，给日常运维、查找故障增加了不少困难。雷电引起的过电压，
叫做大气过电压。这种过电压危害相当大。大气过电压可分为直接雷过电压和感应雷过电
压两种基本形式。雷电的电热效应会产生雷电过电压，引起击穿电气绝缘、绝缘子闪络、开
关跳闸和线路停电现象。另外当雷电发生闪击时，由于雷电电流的变化速度极快，在雷电流
的通道附近会产生一个巨大的感应电磁场，很容易对建筑物内的电力设备造成干扰，从而
使周围的金属物件产生感应电流，继而产生大量热量引起火灾等灾害。

[0004] 当前，为了能够快速定位到配电线路上的雷击电压位置，提升供电可靠性。国内提出了较多雷击过电压的定位方法。国内申请号为201910585602.0公开了一种10kV配电线路
雷击故障识别与定位方法，该方法通过在10kV配电线路中选择若干个雷击监测点，在雷击
监测点所在的两个杆塔之间构建耦合地线，通过仿真方法获取各个监测点处地线感应电流
幅值与雷电流幅值、雷击点距离的关系，构建定位数据库；采用高频电流监测装置获取避雷
器或耦合地线在雷击时产生的感应电流，并远传到系统后台；利用基于雷电电磁信号的雷
电定位系统，获取故障时刻的雷电流幅值；将雷电流幅值导入定位数据库中，进行雷击位置
模糊定位；根据雷击模糊定位、开关跳闸情况以及线路防雷性能，进行雷击故障位置模糊定
位。该方法需构建大量的数据库支持，且定位精度有待提高。

[0005] 申请号为201911035509.9公开了一种基于准确测量电压的输电线路雷电故障定位方法，该方法通过获取输电线路上待测点的实时电压波形，根据所测电压波形来判断输
电线路上待测点的当前电压是否为过电压，如果当前电压为过电压，则从所述输电线路上
待测点的两侧分别选取若干个电压采集点，再根据若干个电压采集点的电压值以及位于所
测输电线线路上待测点同侧的电压采集点之间的距离，计算得到输电线路电压衰减系数，
最后根据所述输电线路电压衰减系数以及位于所述输电线路上待测点两侧的电压采集点
之间的距离，计算后确定输电线路雷电故障的位置。该方法在确定雷击位置后仍需进行人
工测量得到线路上各电压采集点位置间的距离，未引入在线测距技术。

[0006] 申请号为201510022553.1公开了一种应用卫星定位导航系统传送雷击位置信号的系统，该方法通过将若干已编号的传感器设于电杆、铁塔侧带电输电线路绝缘瓷瓶或带
电避雷器或带电断路器或带电刀闸或带电配变上，传感器感应闪电雷击并产生感应电势，
而传感器有一信号发送电路，信号发送电路经卫星定位导航系统与终端信号接收设备通讯
连接，以确定雷击位置。该方法需经过卫星通讯以确定雷击位置，定位时间误差及通讯水平
的限制都会对最终定位精度造成误差影响。

[0007] 因此，如何提高故障定位的精度以及检修的效率，进而提升电网的智能化水平，成为行业内亟待解决的技术问题。

发明内容

[0008] 本申请提供了一种雷击过电压故障点的定位方法，以解决当前雷击过电压故障点定位方法存在着精度较低、影响检修作业效率的问题。

[0009] 本申请采用的技术方案如下：

[0010] 一种雷击过电压故障点的定位方法，包括以下步骤：

[0011] 步骤一：将若干分布式电压监测传感器按预设距离安装在待测的各输配电线路上，通过电压监测传感器实时监测线路的电压信息，并将监测的电压信息以及各传感器的
位置信息传输至后台主机；

[0012] 步骤二：在输配电线路上选取一个电压监测传感器的位置作为测距基准位置，并将该位置标记记为2号、将其相邻的左右两个电压监测传感器所在位置分别标记为1号和3
号，利用信号发生器向输配电线路注入脉冲信号；

[0013] 步骤三：脉冲信号注入后，电压监测传感器分别对1号、2号、3号位置的电压信息进行采集，并将采集的电压特征数据传输至后台主机；

[0014] 步骤四：后台主机对接收到的电压信息进行分析，提取1号、2号、3号位置电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位，分别记为

[0015] 步骤五：计算2号位置与1号位置相位差为 2号位置与3号位置相位差为为：

[0016]

[0017] 步骤六：分别选取不同的电压监测传感器的位置作为基准位置重复步骤二～步骤五，后台主机计算并记录输配电线路上所有电压监测传感器区段上的相位差；

[0018] 步骤七：当电压监测传感器判断出现雷击过电压时，电压监测传感器的电压采样模块自动记录下此时过电压信号相对于系统工频电压的相位；

[0019] 步骤八：各电压监测传感器将该监测周期及下一个监测周期内所采集到的所有电压特征数据通过通讯模块上传至后台主机，后台主机对采集数据进行提取和分析处理；

[0020] 步骤九：筛选出监测到的过电压信号相位最小的三个电压监测传感器，如果这三个传感器安装在同一线路相邻位置，则判定该线路为雷击线路，雷击点在这三个传感器中
间的某位置；否则，判定为干扰；

[0021] 步骤十：最靠近雷击点的电压监测传感器监测到的过电压信号相位最小，最靠近雷击点的电压监测传感器的位置记为2'，在此位置所测的过电压信号相对于系统工频电压
的相位记为 2'位置两侧的传感器位置分别记为1'和3'，同时1'和3'位置检测到的过电
压信号相对于系统工频电压的相位分别记为 和 位置2'与位置1'的相位差 位
置2'与位置3'的相位差 可得：

[0022]

[0023] 提取后台主机中存储的位置2'与位置1'的相位差 位置2'与位置3'的相位差若 且 则判断雷击点位于位置2'与位置1'之间；否则，认为雷
击点位于位置2'与位置3'之间；

[0024] 步骤十一：计算雷击点o距离其两侧所述电压监测传感器安装位置的距离；

[0025] 若故障点位于位置2'与位置1'之间，查询系统中存储的位置2'与位置1'之间的距离L21，雷击点距位置1'、位置2'的距离满足以下方程：

[0026]

[0027] 其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*108m/s(光速)；

[0028] 雷击点距离位置1'距离：

[0029]

[0030] 雷击点距离位置2'距离：

[0031] Lo2'＝L21‑Lo1 '                        (式5)

[0032] 若故障点位于位置2'与位置3'之间，查询后台主机中存储的位置2'与位置3'之间的距离L23，雷击点距位置2'、位置3'的距离满足以下方程：

[0033]

[0034] 其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*108m/s(光速)；

[0035] 雷击点距离位置3'距离：

[0036]

[0037] 雷击点距离位置2'距离：

[0038] Lo2'＝L23‑Lo3 '                     (式8)。

[0039] 可选的，当在一个电压监测周期内所监测到的过电压幅值超过系统额定电压值的2倍时，即判定为产生雷电过电压情况，电压监测传感器的电压采样装置开始记录下当时监
测周期的过电压相对于系统工频电压每周期的相位特征量。

[0040] 采用本申请的技术方案的有益效果如下：

[0041] (1)本申请公开的一种雷击过电压故障点的定位方法，通过分布式电压监测传感器监测线路电压情况，在电压监测传感器判定产生雷电压情况时，将监测获得的电压特征
数据上传至后台主机，利用雷击过电压相位传变特性规律实现雷击区间和雷击点位置的精
准定位。

[0042] (2)本申请以监测到的雷击过电压信号相对于系统工频电压每周期的相位为依据进行故障定位，可避免由于不同装置之间时钟不统一造成的误差，定位精度高、响应速度
快，缩短了故障排查时间，极大地减轻了运维人员的运维负担，有效提升了电网供电可靠性
和智能化水平。

附图说明

[0043] 为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还
可以根据这些附图获得其他的附图。

[0044] 图1为本申请实施例的应用场景示意图；

[0045] 图2为本申请实施例的原理示意图；

[0046] 图3为本申请实施例的流程框图。

具体实施方式

[0047] 下面将详细地对实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下实施例中描述的实施
方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。仅是与权利要求书中所详述的、本申请的
一些方面相一致的系统和方法的示例。

[0048] 参见图1，为本申请实施例的应用场景示意图；结合图3，为本申请实施例的流程框图。便于理解本申请下述实施例的技术方案。

[0049] 本申请提供的一种雷击过电压故障点的定位方法，包括以下步骤：

[0050] 步骤一：将若干分布式电压监测传感器按预设距离安装在待测的各输配电线路上，通过电压监测传感器实时监测线路的电压信息，并将监测的电压信息以及各传感器的
位置信息传输至后台主机；

[0051] 步骤二：在输配电线路上选取一个电压监测传感器的位置作为测距基准位置，并将该位置标记记为2号、将其相邻的左右两个电压监测传感器所在位置分别标记为1号和3
号，利用信号发生器向输配电线路注入脉冲信号；

[0052] 步骤三：脉冲信号注入后，电压监测传感器分别对1号、2号、3号位置的电压信息进行采集，并将采集的电压特征数据传输至后台主机；

[0053] 步骤四：后台主机对接收到的电压信息进行分析，提取1号、2号、3号位置电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位，分别记为

[0054] 步骤五：计算2号位置与1号位置相位差为 2号位置与3号位置相位差为为：

[0055]

[0056] 步骤六：分别选取不同的电压监测传感器的位置作为基准位置重复步骤二～步骤五，后台主机计算并记录输配电线路上所有电压监测传感器区段上的相位差；

[0057] 步骤七：当电压监测传感器判断出现雷击过电压时，电压监测传感器的电压采样模块自动记录下此时过电压信号相对于系统工频电压的相位；

[0058] 步骤八：各电压监测传感器将该监测周期及下一个监测周期内所采集到的所有电压特征数据通过通讯模块上传至后台主机，后台主机对采集数据进行提取和分析处理；

[0059] 步骤九：筛选出监测到的过电压信号相位最小的三个电压监测传感器，如果这三个传感器安装在同一线路相邻位置，则判定该线路为雷击线路，雷击点在这三个传感器中
间的某位置；否则，判定为干扰；

[0060] 步骤十：最靠近雷击点的电压监测传感器监测到的过电压信号相位最小，最靠近雷击点的电压监测传感器的位置记为2'，在此位置所测的过电压信号相对于系统工频电压
的相位记为 2'位置两侧的传感器位置分别记为1'和3'，同时1'和3'位置检测到的过电
压信号相对于系统工频电压的相位分别记为 和 位置2'与位置1'的相位差 位
置2'与位置3'的相位差 可得：

[0061]

[0062] 提取后台主机中存储的位置2'与位置1'的相位差 位置2'与位置3'的相位差若 且 则判断雷击点位于位置2'与位置1'之间；否则，认为雷
击点位于位置2'与位置3'之间；

[0063] 步骤十一：计算雷击点o距离其两侧所述电压监测传感器安装位置的距离；

[0064] 若故障点位于位置2'与位置1'之间，查询系统中存储的位置2'与位置1'之间的距离L21，雷击点距位置1'、位置2'的距离满足以下方程：

[0065]

[0066] 其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*108m/s(光速)；

[0067] 雷击点距离位置1'距离：

[0068]

[0069] 雷击点距离位置2'距离：

[0070] Lo2'＝L21‑Lo1 '                        (式5)

[0071] 若故障点位于位置2'与位置3'之间，查询后台主机中存储的位置2'与位置3'之间的距离L23，雷击点距位置2'、位置3'的距离满足以下方程：

[0072]

[0073] 其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*108m/s(光速)；

[0074] 雷击点距离位置3'距离：

[0075]

[0076] 雷击点距离位置2'距离：

[0077] Lo2'＝L23‑Lo3'(式8)

[0078] 参见图2，为本申请实施例的原理示意图。下面以雷击点在位置2'与位置1'中间线路为例，按本申请的技术方案进行雷电压定位方法的过程如下：

[0079] 将若干分布式电压监测传感器按一定距离装设在所要监测的各输配电线路上，正常工作时实时监测线路电压情况，各传感器间的距离已知并储存于后台主机内；

[0080] 在线路上安装电压监测传感器处选取一个测距基准位置，并将该位置记为2号、将其附近的左右两个传感器所在位置分别记为1号和3号，利用信号发生器向线路注入脉冲信
号；

[0081] 信号注入后，电压监测传感器分别对1号、2号、3号位置的电压信号进行采集，并将所采集的所有电压特征数据上传至后台主机；

[0082] 后台定位主机对接收到电压信息进行分析，提取1号位置、2号位置、3号位置电压监测传感器检测到的脉冲信号相对于系统工频电压每周期的相位，分别记为

[0083] 计算2号位置与1号位置相位差为 2号位置与3号位置相位差为 为：

[0084]

[0085] 分别取不同的基准位置重复步骤二～步骤五，计算线路上所有电压监测传感器区段上的相位差，并在后台主机进行记录；

[0086] 当电压监测传感器判断出现雷击过电压时，电压监测传感器的电压采样模块自动记录下此时过电压信号相对于系统工频电压的相位；

[0087] 各电压监测传感器将该监测周期及下一个监测周期内所采集到的所有电压特征数据通过通讯模块上传至后台主机，后台主机对采集数据进行提取和分析处理；

[0088] 筛选出检测到过电压信号相位最小的三个电压监测传感器，如果这三个传感器安装在同一线路相邻位置，则认为该线路为雷击线路，雷击点在这三个传感器中间某位置；否
则，认为是干扰；

[0089] 最靠近雷击点的传感器检测到的过电压相位最小，其位置记为2'，在此位置所测的过电压相对于系统工频电压的相位记为 2'位置两侧的传感器位置分别记为1'和3'，
同时1'和3'位置检测到的过电压相对于系统工频电压的相位分别记为 和 位置2'与
位置1'的相位差 位置2'与位置3'的相位差 可得：

[0090]

[0091] 提取系统中存储的位置2'与位置1'的相位差 位置2'与位置3'的相位差若 且 则判断雷击点位于位置2'与位置1'之间，查询系统中存
储的位置2'与位置1'之间的距离L21，雷击点距位置1'、位置2'的距离满足以下方程：

[0092]

[0093] 其中，雷击过电压信号在线路中传播速度为V，V＝3*108m/s(光速)；

[0094] 雷击点距离位置1'距离：

[0095]

[0096] 雷击点距离位置2'距离：

[0097] L02'＝L21‑L01 '         (式5)。

[0098] 可选的，当在一个电压监测周期内所监测到的过电压幅值超过系统额定电压值的2倍时，即判定为产生雷电过电压情况，电压监测传感器的电压采样装置开始记录下当时监
测周期的过电压相对于系统工频电压每周期的相位特征量。

[0099] 本申请公开的一种雷击过电压故障点的定位方法，通过分布式电压监测传感器监测线路电压情况，在电压监测传感器判定产生雷电压情况时，将监测获得的电压特征数据
上传至后台主机，利用雷击过电压相位传变特性规律实现雷击区间和雷击点位置的精准定
位。

[0100] 本申请以监测到的雷击过电压信号相对于系统工频电压每周期的相位为依据进行故障定位，可避免由于不同装置之间时钟不统一造成的误差，定位精度高、响应速度快，
缩短了故障排查时间，极大地减轻了运维人员的运维负担，有效提升了电网供电可靠性和
智能化水平。

[0101] 本申请提供的实施例之间的相似部分相互参见即可，以上提供的具体实施方式只是本申请总的构思下的几个示例，并不构成本申请保护范围的限定。对于本领域的技术人
员而言，在不付出创造性劳动的前提下依据本申请方案所扩展出的任何其他实施方式都属
于本申请的保护范围。