基于PCB微分環(huán)的輸電線路雷電流監(jiān)測(cè)識(shí)別及反演研究.pdf

1、近年來，隨著全球經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行起著至關(guān)重要的作用。雷電作為引起輸電線路故障的主要原因之一，如何實(shí)現(xiàn)輸電線路雷電在線監(jiān)測(cè)及其應(yīng)用技術(shù)成為在線監(jiān)測(cè)領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)，其中雷電流的在線監(jiān)測(cè)研究更是引起了防雷專家學(xué)者的極大興趣?；谖⒎汁h(huán)的雷電流在線監(jiān)測(cè)方法具有非接觸式安全測(cè)量與全波準(zhǔn)確記錄兩大優(yōu)勢(shì)，可在保證雷電流全波準(zhǔn)確測(cè)量的前提下，安全、可靠、非接觸地直接測(cè)量各相導(dǎo)線上流過的雷電流。此外，輸電線路雷電流全波參數(shù)的測(cè)量是進(jìn)行線

2、路防雷研究工作的基礎(chǔ)，可為故障類型分析與識(shí)別、雷電參數(shù)反演以及制定線路的“差異化”防雷對(duì)策和絕緣配合設(shè)計(jì)等研究提供精確的原始數(shù)據(jù)，具有廣闊的應(yīng)用前景。因此，研究基于微分環(huán)的輸電線路雷電流監(jiān)測(cè)識(shí)別及反演方法，對(duì)于推進(jìn)輸電線路雷電全波在線監(jiān)測(cè)及其應(yīng)用有著特別重要的現(xiàn)實(shí)意義。
　　但是，欲實(shí)現(xiàn)基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，必須改進(jìn)和完善現(xiàn)有基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，針對(duì)非接觸式測(cè)量方法，探尋其相應(yīng)的雷擊故障識(shí)別和雷電參

3、數(shù)反演等方法，從而擴(kuò)展基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用領(lǐng)域。為此，本文在國(guó)家自然科學(xué)基金(批準(zhǔn)號(hào)：51177176)、云南電力公司科技基金(批準(zhǔn)號(hào)：K-YN2012-200)的支持下，對(duì)基于PCB微分環(huán)的輸電線路雷電流在線監(jiān)測(cè)識(shí)別及反演方法進(jìn)行了深入研究。論文取得的主要成果有：
　?、籴槍?duì)傳統(tǒng)繞線式微分環(huán)所具有的繞制疏密程度隨機(jī)性大和靈敏度較低的不足，利用印制電路板(Printed Circuit Board，PCB)成熟

4、的制作工藝，研制了基于PCB微分環(huán)的雷電流傳感器。該傳感器帶寬理論值為14 MHz，能以較高靈敏度測(cè)量微分信號(hào)（可達(dá)2 V/kA），結(jié)合數(shù)值積分技術(shù)，準(zhǔn)確地還原被測(cè)電流波形。實(shí)驗(yàn)表明，在被測(cè)距離1.4 m下，能夠準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)雷電流非接觸式測(cè)量，平均測(cè)量誤差僅為3.05％。搭建了基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，將其安裝運(yùn)行于110 kV輸電線路，并獲得雷電流實(shí)測(cè)波形數(shù)據(jù)。
　?、谶\(yùn)用基于ADF-EMS的頻域分析法，研究了雷電通道波速、入

5、射角和彎曲度等因素對(duì)微分環(huán)安裝處磁場(chǎng)的影響，提出了雷電通道模型方案。在此基礎(chǔ)上，建立了基于 ADF-EMS的三維多桿塔場(chǎng)模型，分析了在四種典型直擊雷故障類型下安裝點(diǎn)的磁場(chǎng)情況，并討論了雷電通道對(duì)微分環(huán)測(cè)量結(jié)果的影響程度；利用EMTP-ATP仿真軟件建立了計(jì)及沖擊電暈的多桿塔路模型，得到并分析了13種常規(guī)與特殊直擊雷故障類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)的暫態(tài)電流時(shí)域波形。
　?、垡?3種常規(guī)與特殊直擊雷故障類型監(jiān)測(cè)點(diǎn)暫態(tài)電流行波為基礎(chǔ)，構(gòu)造了基于信號(hào)能量

6、特征的故障聚類指紋圖譜，提煉出馬氏距離特征量，初步將輸電線路雷電流直擊雷分為三大類，進(jìn)而基于S變換理論，分析各大類的S模時(shí)頻模矩陣圖及頻譜圖，提煉出S變換特征量，提出了基于馬氏聚類和S變換的輸電線路直擊雷故障識(shí)別方法。驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)表明，不同雷擊故障類型驗(yàn)證樣本的正確率均高于90%，并成功應(yīng)用于4例基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)實(shí)測(cè)波形的故障識(shí)別。
　?、芘浜厢槍?duì)微分環(huán)測(cè)量數(shù)據(jù)的雷擊定位算法，采用數(shù)值逆變換、時(shí)域卷積、樣條插值等數(shù)值處理

7、方法，提出了雷電流波形反演方法。在此基礎(chǔ)上，利用仿真模型數(shù)據(jù)，從統(tǒng)計(jì)學(xué)角度提出了不同雷擊類型的雷電流幅值反演方法，從而提出由雷電流幅值反演和波形反演方法共同構(gòu)成的基于微分環(huán)測(cè)量的雷電流全波反演方法。仿真實(shí)驗(yàn)可知，該雷電流全波反演方法有效可行。
　　綜上，本論文針對(duì)現(xiàn)有基于微分環(huán)的雷電流監(jiān)測(cè)識(shí)別及反演方法進(jìn)行了深入研究。研制了基于PCB微分環(huán)的雷電流傳感器，利用ADF-EMS仿真軟件研究了雷電通道磁場(chǎng)對(duì)微分環(huán)測(cè)量結(jié)果的影響程度，從而