基于PCB微分環(huán)的輸電線路雷電流監(jiān)測識別及反演研究.pdf

1、近年來，隨著全球經濟的快速發(fā)展，電力系統的穩(wěn)定運行起著至關重要的作用。雷電作為引起輸電線路故障的主要原因之一，如何實現輸電線路雷電在線監(jiān)測及其應用技術成為在線監(jiān)測領域研究的熱點，其中雷電流的在線監(jiān)測研究更是引起了防雷專家學者的極大興趣?；谖⒎汁h(huán)的雷電流在線監(jiān)測方法具有非接觸式安全測量與全波準確記錄兩大優(yōu)勢，可在保證雷電流全波準確測量的前提下，安全、可靠、非接觸地直接測量各相導線上流過的雷電流。此外，輸電線路雷電流全波參數的測量是進行線

2、路防雷研究工作的基礎，可為故障類型分析與識別、雷電參數反演以及制定線路的“差異化”防雷對策和絕緣配合設計等研究提供精確的原始數據，具有廣闊的應用前景。因此，研究基于微分環(huán)的輸電線路雷電流監(jiān)測識別及反演方法，對于推進輸電線路雷電全波在線監(jiān)測及其應用有著特別重要的現實意義。
　　但是，欲實現基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測系統的廣泛應用，必須改進和完善現有基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測系統，針對非接觸式測量方法，探尋其相應的雷擊故障識別和雷電參

3、數反演等方法，從而擴展基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測系統的實際應用領域。為此，本文在國家自然科學基金(批準號：51177176)、云南電力公司科技基金(批準號：K-YN2012-200)的支持下，對基于PCB微分環(huán)的輸電線路雷電流在線監(jiān)測識別及反演方法進行了深入研究。論文取得的主要成果有：
　?、籴槍鹘y繞線式微分環(huán)所具有的繞制疏密程度隨機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，能以較高靈敏度測量微分信號（可達2 V/kA），結合數值積分技術，準確地還原被測電流波形。實驗表明，在被測距離1.4 m下，能夠準確實現雷電流非接觸式測量，平均測量誤差僅為3.05％。搭建了基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測系統，將其安裝運行于110 kV輸電線路，并獲得雷電流實測波形數據。
　?、谶\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微分環(huán)安裝處磁場的影響，提出了雷電通道模型方案。在此基礎上，建立了基于 ADF-EMS的三維多桿塔場模型，分析了在四種典型直擊雷故障類型下安裝點的磁場情況，并討論了雷電通道對微分環(huán)測量結果的影響程度；利用EMTP-ATP仿真軟件建立了計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)測點的暫態(tài)電流時域波形。
　?、垡?3種常規(guī)與特殊直擊雷故障類型監(jiān)測點暫態(tài)電流行波為基礎，構造了基于信號能量

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，進而基于S變換理論，分析各大類的S模時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別方法。驗證實驗表明，不同雷擊故障類型驗證樣本的正確率均高于90%，并成功應用于4例基于微分環(huán)的雷電流在線監(jiān)測系統實測波形的故障識別。
　?、芘浜厢槍ξ⒎汁h(huán)測量數據的雷擊定位算法，采用數值逆變換、時域卷積、樣條插值等數值處理

7、方法，提出了雷電流波形反演方法。在此基礎上，利用仿真模型數據，從統計學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成的基于微分環(huán)測量的雷電流全波反演方法。仿真實驗可知，該雷電流全波反演方法有效可行。
　　綜上，本論文針對現有基于微分環(huán)的雷電流監(jiān)測識別及反演方法進行了深入研究。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對微分環(huán)測量結果的影響程度，從而