基于罗氏线圈对高压输电线路雷电绕击_反击的识别

文章编号:1004-289X(2010)01-0034-03

基于罗氏线圈对高压输电线路雷电绕击、反击的识别

封建宝

(广西大学电气工程学院,广西 南宁 530004)

摘 要:基于罗氏线圈测量雷电流方向的理论及雷电绕击、反击原理,进行研究。提出在杆塔不同部位安装罗氏线圈,将得到杆塔不同部位雷电流的方向。提出雷电绕击、反击实时判别系统的相应基本理论。

关键词:高压输电线路;绕击;反击;罗氏线圈

中图分类号:T M72 文献标识码:B

The Identificati on to Thunderstri ke and Counterattack of

HV Trans m ission L i ne B ased on Rogo w sk i Coil

FENG Jian bao

(E lectrical Eng ineering Co llege of G uangx iU niversity,N anning530004,Ch i n a)

Abstract:According to Rogo w sk i co il thunder current directi o n theo r y,thunderstri k e and counterattack pri n ciples,the thunderstri k e and counterattack are stud i e d.Roqo w sk i co il is i n sta lled in d ifferent positions o f the pole,the thunder bolt current w ill be got fro m t h e d ifferent position of the po le.The paper propose relevent basi c theo r y o f t h understr i k e and counterattack real ti m e discri m inati n g syste m.

K ey words:HV transfers c ircu i;t thunderstrike;counterattack;Rogo w ski co il

1 引言

雷击跳闸分为由于雷电绕击输电线路、雷击杆塔引起反击而引起的跳闸。对于不同的事故原因其原理是不一样的,解决方法也不同[1-3]。

由于我国幅员辽阔,山地、平原、盆地、丘陵,地形差别很大,再加上各地气候不同,所以雷击情况差异很大,因此各地在发生雷击事故时,对线路绕击、反击的判断尤为重要。现在电力系统由雷电引起的跳闸中,绕击、反击的判别极其困难,如普遍使用的雷电定位仪,虽然可以测量雷电流的参数(幅值、陡度),但无法鉴别出绕击与反击。因此,找到一个方便、易行的输电线路雷电绕击与反击判别方法,是电力系统防雷研究的焦点问题。

本文研究了一种基于输电线路杆塔的雷电流实测系统,在绝缘子串杆塔侧金具上钳套罗果夫斯基型电流传感器,测量雷击闪络时的闪络电流的方向。该电流与雷电活动的强度成正比,需要考虑避雷线的耦合作用、分流作用和杆塔的电感、接地电阻等。在杆塔入地杆安装另外一个罗果夫斯基型电流传感器,测量该处的电流方向,通过对比这两处的电流方向就可以得到雷击方式。此外该系统也具有确定雷击点的功能。

2 雷电流测量原理

本文设计的罗果夫斯基线圈型冲击电流传感器,采取无源传感方式,以适于长期运行,避免维护。传感器输出信号经处理后由无线通讯设备传回变电站。为降低成本,同一杆塔只用一套处理装置和无线通讯设备,因此为防止雷击时各传感器间的电位差对装置造成干扰和破坏,传感器与处理装置间需通过同轴电缆传输信号。

传感器安装在输电线路三相绝缘子串的地电位悬挂金具上。当绝缘子发生雷击闪络时,闪络电流穿过电流传感器,从而被线圈检测到;传感器不需电源,直接通过同轴电缆传到数据预处理装置接收,经处理后获得雷电流方向;数据通过无线电传送到位于变电站的接收装置,经信息整合处理后提供给用户。整个测量系统如图1所示。

图1 测量系统示意图

3 绕击、反击故障时电流分布特点

(1)绕击时,雷电流的注入点为导线,闪络电流流过绝缘子串悬挂金具并通过杆塔入地,此时流过金具的电流方向与流过杆塔竖杆的电流方向相反;

(2)反击时,雷电流的注入点为杆塔顶,绝缘闪络时流过绝缘子串悬挂金具的电流与流过杆塔竖杆的电流方向相同;

(3)在绝缘子串悬挂金具处和杆塔横担下方竖杆处各安装罗氏线圈传感器,根据2个传感器输出电压的极性关系就可以鉴别出绝缘闪络的类型(绕击或反击),如表1所示。

表1

雷击类型绝缘子串杆塔侧

金具电流传感器

杆塔竖杆(主材)

电流传感器

负电荷雷引发反击负电流信号负电流信号

正电荷雷引发反击正电流信号正电流信号

负电荷雷引发绕击正电流信号负电流信号

正电荷雷引发绕击负电流信号正电流信号

4 传感器的准确性与稳定性分析

利用冲击电流发生器产生冲击大电流,重复测量传感器的输出信号。图2、3分别给出了冲击电流在分流器上的输出电压和传感器经光电隔离的输出电压(改变了极性)。传感器基本保持了原冲击电流的波形特征,但波尾变短。这与传感器衰减了0~3k H z内的分量有关。

5 屏蔽问题

当考虑到实时传输问题后,必然涉及到一些屏蔽问题。

(1)静电场屏蔽

如果带有电荷量+Q的孤立导体A,它在空间要产生电场。为消除导体A在空间产生的电场,可用密封的金属球壳把带电体包围起来。若金属壳体不接地,该电荷在球壳外部空间产生电场,就起不到屏蔽作用;如果将金属球壳接地,则球壳外壁的正电荷被引入大地,球壳外壁电位为零,不存在静电场,电场被局限在金属球壳内的空间,起到了屏蔽作用。这是对静电场干扰源的屏蔽,也叫静电场的主动屏蔽。

如果空间存在静电场干扰测量电路可将测量电路用金属球壳罩住,与静电场隔开。不论球壳接地与否,其内部都不存在由外界感应的静电场,阻止干扰静电场进入球壳内部,起到屏蔽外界静电场的作用。

(2)磁场屏蔽

磁场屏蔽是为了消除或抑制磁场干扰源与敏感设备间由磁场耦合引起的干扰。对不同频率应当采用不同的磁场屏蔽措施。

!低频磁场屏蔽

若磁场频率较低(100kH z以下)时,通常采用铁、硅钢片、坡莫合金材料进行屏蔽。将线圈绕在由铁磁材料制成的闭合环中,则磁力线要在该闭合环的磁路中通过,向空气中发散的漏磁通很少,抑制了磁场源对附近敏感设备的干扰,起主动屏蔽作用。同样,铁磁材料制成的屏蔽箱置于干扰磁场中,磁力线被集中在屏蔽体外,不会泄漏到屏蔽体包围的内部空间中去,保证屏蔽箱内的电路、设备不受外部磁场的干扰,起被动屏蔽作用。同时也把内部磁场封闭在屏蔽体内,阻止向外发散。所以屏蔽箱同时起主动屏蔽和被动屏蔽的双重作用。

铁磁材料的磁导率越大,屏蔽效能越高;屏蔽层加