基于過電壓在線監測的電網防雷技術研究

彭家從　余敏　郭鵬程

【摘 要】現代電力系統中雷電過電壓對電力設備的威脅較大，尤其是目前線路通過提高爬電比距等方式使得防雷技術不斷提高的情況下，雷電過電壓對電網中變電設備威脅越來越大。本文分析了電網遭受雷擊的原因，闡述了電網防雷的原則，最后提出了一種新型的基于過電壓在線監測的電網防雷技術。

【關鍵詞】過電壓；在線監測；電網防雷

雷電放電是帶電荷的雷云引起的放電現象，當空間電場強度超過大氣游離放電的臨界電場強度時就會形成雷電?，F代電力系統中雷電過電壓對電力設備的威脅較大，尤其是目前線路通過提高爬電比距等方式使得防雷技術不斷提高的情況下，雷電過電壓對電網中變電設備威脅越來越大。長期以來，電力行業的同行一直在尋找避免電網遭受雷擊之苦的途徑，但是業內一些通用的防雷技術手段雖有成效卻并不理想。本文提出一種過電壓在線監測的新技術與新方法，也可以為現場過電壓故障的監測、診斷提供有效的技術支持，尤其是對于多雷、多雨地域的雷電危害進行有效監測，為雷電防護決策起到很好的輔助作用，十分有利于提高電網可靠性與經濟性。

1.電網遭受雷擊的原因分析

電網雷擊通常有架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入電網和雷直擊于變電所的設備上這兩種情況。 當電網中的電氣設備處于電網的額定電壓作用之下，由于雷擊原因供配電系統中某些部分的電壓會超過正常狀態下的數值，這就是過電壓。變電站遭受的雷擊是下行雷，架空線路的感應雷過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電站。

雷云直接擊中電力裝置時，雷電流在電力裝置上產生較高的電壓，這就會產生有破壞作用的機械效應和熱效應。當雷云在架空導線上方，在雷云對大地放電時，電網中就會形成的自由電荷流向線路的兩端，產生很高的過電壓。它會對電力網絡造成危害，若不采取防護措施，就會造成電網中電氣設備的損壞，從而引發嚴重事故。因此，研究雷電過電壓對變電站進線及變壓器的破壞的防護顯得十分重要。

2.電網防雷的原則

2.1及早謀劃、提前防范

我們要加強對供電區域內各類電網及輸、配電、專變站區防雷過電壓專業管理和技術監督，加大對輸電設備防雷設施檢修和技改，并采取輸電線路規范化管理等措施，有效防止過電壓對電網設備造成的危害。

2.2全面檢查線路

我們要建立定量化的輸電線路防雷評估分析系統，取代傳統的粗放式防雷決策手段，具有明顯的適用性和精細度。電從絕緣子頂部的導電部到底部的支撐金屬部沿絕緣子表面的爬行路徑的長（cm）與工作電壓（KV）的比值就叫爬電比距。我們要結合地方氣候特點，對輸電線路防雷保護設施進行全面檢查，對不符合規程要求的接地裝置和接地電阻及時處理，絕緣子爬距達不到要求的，列入技改及時整改。

2.3做好避雷器安裝工作

避雷器通常接于帶電導線與地之間，與被保護設備并聯。它能釋放雷電或兼能釋放電力系統操作過電壓能量，截斷續流、保護設備絕緣，保護電工設備免受瞬時過電壓危害，從而保障電網正常供電。避雷器必須安裝在配電臺區各路出線的首端，以確保能夠保護配電柜內全部配電設備。我們要盡快制定避雷器安裝計劃，并組織安裝。

3.基于過電壓在線監測的電網防雷技術

基于過電壓在線監測的電網防雷設備由依次連接的信號調理保護電路、電壓互感器、數據采集卡以及工控機構成硬件系統組成。首先，我們采用工控機來采集數據和過電壓信號，然后根據電壓互感器、信號調理保護電路的電壓傳遞函數，進行快速反演還原計算，最后通過與數據庫中存儲的各種類型的過電壓特征進行比較，判別過電壓的類型?；谶^電壓在線監測的電網防雷技術實現簡單，能夠實時捕捉以及存儲電網中的暫態過電壓波形，為電網故障分析提供可靠數據。

3.1基于電壓傳遞函數的反演數值算法

傳遞函數是指自動控制裝置對被測控量進行的變換和調制，從而實現控制目的。電壓增益是電壓指經過某控制單元后被放大的倍數。放大器的增益與輸出功率沒有關系。電壓增益高說明放大器的靈敏度高，只要較小的推動信號就能達到額定輸出。輸出功率的大小，取決于放大器設計時的額定輸出功率，與所用的放大器結構、電源電壓、負載阻抗等因素有關。電壓互感器（PT）是一個帶鐵心的變壓器，由一、二次線圈、鐵心和絕緣組成，通過改變一次或二次繞組的匝數，產生不同的一次電壓與二次電壓比，這就可組成不同比的電壓互感器。我們可以通過建立基于遞歸卷積的PT一次側過電壓信號的數值反演計算模型，依次連接的PT、數據采集卡、工控機構成硬件系統以及信號調理保護電路。然后我們在實驗室進行設備實測，根據PT的電壓傳遞函數進行快速反演還原計算，對模型進行驗證。

3.2建立電壓互感器及其測量系統寬頻模型

網絡頻譜分析儀具有寬頻帶、高靈敏度、高精度、快速測量等特點，采用了全數字中頻處理、全自動頻譜識別與實時校準、寬帶微波毫米波集成等多項創新技術，性能優異，環境適應性強。它采用了模塊化、標準化的設計思想，可調試性、可維修性以及可靠性有較大幅度提高，增強了各個功能模塊的互換性。我們可以利用網絡頻譜分析儀測量電壓互感器、二次電纜和分壓器的散射參數，由散射參數計算得到設備的二端口網絡傳輸參數，用矢量匹配法對得到的傳輸參數進行有理函數逼近。當發生雷擊事故時，如電源防雷模塊遭到損壞，我們可以在后臺監控機上就能顯示其狀態，并且在控制、通訊接口處加裝浪涌抑制器。

3.3實施方案

首先，我們采用頻譜網絡分析儀測量互感器的二端口散射參數，確定其傳遞特性。其次，我們用高頻數字示波器同時測量互感器輸入、輸出端口的時域電壓波形，驗證所建立模型的有效性。再次，我們采用工頻試驗變壓器測量互感器的飽和特性。最后，我們應用頻譜網絡分析儀測量二次電纜的線路參數，測量二次電纜的傳播特性。

4.結束語

電網是電力系統防雷的重要保護設施，完善電網的防雷措施十分重要?；谶^電壓在線監測的電網防雷技術是一種結構簡單、測量準確的新型過電壓在線監測系統方案，它可以實時記錄和保存電力系統中發生的各種過電壓事故的數據，為運行人員分析事故原因提供科學、可靠的依據，具有重要的科學研究意義。

【參考文獻】

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