基于雷电在线监测系统在开关二次回路改造上的应用

引言

自然气象灾害中强降雨常伴随强雷电现象进行，历年都是危害电网安全运行的主要因素之一。雷电是一种恐怖而又壮观的自然现象。雷电的电压很高，瞬时电流强度很大，一次雷电的放电时间虽然只有0.01s左右，但其释放出的能量却大得惊人。雷击放电除了造成巨大的直接经济损失外，还会引发许多次生灾害，比如雷击断线、接地引发系统谐振；雷电波入侵变电站，造成电力变压器、断路器和其它电气设备绝缘损坏，导致电气设备存在安全隐患。据项城电业局运行资料表明，2011年7月23日，因雷雨天气，该局10kV输电线路雷击跳闸16次，占全部跳闸事故75％以上，防雷已成为降低线路跳闸和提高供电可靠性的重要手段。

本项目研究的电力系统雷电远程在线监测系统，实现雷电流波形数据的高速采集和远程无线传输，通过传感器、输电线路、接至开关的二次回路，通过在二次系统控制、信号回路加装冲击继电器，并采用远方操控开关的KK把手的合闸后位置触点和开关本身的辅助常闭接点相串联作为开关事故跳闸的启动回路，启动回路便去激发冲击继电器。通过雷电在线监测系统监测到的雷电波的大小和强度来启动控制回路冲击继电器，当雷电流超过启动值时动作于跳闸，这样不仅仅能保证快速切断故障线路，更能减少主观停电，同时通过雷电在线监测系统反馈的信号启动信号回路，及时提醒值班人员判断开关雷击跳闸还是事故跳闸，从而能更准确的向调度反馈现场运行情况，便于配合调度员准确处理事故，为电力的安全运行提供更可靠的保证。本项目旨在开发一种可对雷击次数、雷电的发生时间、雷击的强度等数据做到及时的采集、分析、处理，并最终确定雷击发生地点，减少因防雷隐患造成的安全问题，对现场设备的智能化管理起到综合防护的目的。

1 雷电在线监测系统

1.1雷电全电流波形分析及其在雷击点判断及雷击程度分析系统

以雷击全电流波形为对象，以频谱分析、小波分析和人工智能技术为主要手段，研究雷击全电流波形分析及其在雷击点判断及雷击程度分析的方法。

A. 消躁。本项目拟研究一种基于小波分析的并行波形消躁方法，即将故障波形经过矩阵形态变换后进行奇异值分解，将噪声分布不均匀的故障波形分解为若干个噪声分布相对均匀的正交分量，然后对各个分量分别进行小波阈值消噪，最后将消噪后的分量进行叠加得到降噪后的故障波形。该方法既能有效的消除噪声大区域的噪声，又能完好的保留噪声小区域的原有特征。

B. 特征值提取和分类。本文拟研究一种基于离散正交小波变换、矩阵奇异值分解和内积变换的特征值提取方法，将样本时序序列和分析时序序列变换成样本特征向量和分析特征向量，即将时序序列压缩到小波子空间，然后由K-L变换提取标准特征向量和正交基，将分析时序序列映射到正交基中得到分析特征向量，并通过改进的支持向量机进行波形分类。通过波形的分类，结合专家知识，实现雷击点的判断

C. 相似性匹配和检索。本项目拟采用适合高维相似性搜索的X-TREE树，加上Suffix-tree的一些特点，构造一种全新的搜索树进行相似性搜索方法，并根据高维、非平稳性的雷击波形的特点，采用子序列匹配的策略，定义具有鲁棒性的容忍度进行相似性度量，进行雷击程度的判断。

1.2雷电在线监测系统在开关二次回路改造中的应用

本项目研究的电力系统雷击远程在线监测系统，实现雷电流波形数据的高速采集和远程无线传输，通过传感器、输电线路、接至开关的二次回路，通过在二次系统控制、信号回路加装冲击继电器，并采用远方操控开关的KK把手的合闸后位置触点和开关本身的辅助常闭接点相串联作为开关事故跳闸的启动回路，启动回路便去激发冲击继电器；当雷电在线监测系统传来雷电信号时，冲击继电器启动，去启动事故音响，提示运行值班员以达到迅速切断线路的目的，从而减少了直击雷对线路、杆塔、绝缘子的损害，不仅仅降低了经济损失更重要的是缩短了被损害线路的修复时间，能更快的恢复系统的供电。

2 冲击继电器的工作原理

JC-2型冲击继电器是根据电容器充、放电原理工作的，其内部接线如图2所示。继电器的端子5、7串联接入信号启动回路。当启动回路接通时，启动电流在电阻R1两端产生一个电压增量，该电压通过极化继电器的绕组使电容器充电，极化继电器动作，后者的触点在信号系统中启动音响。当端子2接通正电源时，极化继电器的一个绕组中流过反向电流，使极化继电器复归。

3 二次回路改造方案

3.1 开关信号回路加装冲击继电器

事故信号回路是指当电力系统发生事故时能无延时的发出音响信号，同时有相应的灯光信号指出发生事故的设备；同时应能立即启动远动装置，发出遥信信号；事故信号回路也应具备手动和自动复归，能手动试验声光信号，但在试验时不发遥信信号；是故事时应有光信号或其它形式的信号（如机械掉牌），指明继电保护和自动装置的动作情况；能自动记录发生事故的时间；同时也能重复动作，当一台断路器事故跳闸后，在值班人员没来得及确认事故之前又发生了新的事故跳闸时，事故信号装置还能发出音响和灯光信号。

JC-2型冲击继电器构成的事故信号回路图如下：

动作过程如下：当10KV断路器自动分闸或接收到雷电监测系统传来的雷电信号时，中间继电器K11或K12启动，其触点闭合，电流由L+经冲击继电器KS的端子5流入，经线圈KP1（电流方向为自左向右）、电容C、线圈KP2(电流方向自右向左)、触点K11及电阻至L-，脉冲继电器动作。

信号装置的复归可以用按钮S2手动复归或由时间继电器K8使信号装置自动复归。

3.2 开关控制回路加装冲击继电器

常规的断路器控制回路图应有对控制电源的监视回路，同时应能监视断路器跳闸、合闸回路的完好，当跳闸或合闸回路故障时，应能发出断路器控制回路断线信号；同时断路器的控制回路还有防止“跳跃”的电气闭锁装置，发生“跳跃”对断路器是非常危险的，容易引起机构损伤，甚至引起断路器的爆炸，所以应该装有防跳闭锁继电器。

本项目针对断路器的控制回路加以改造，在控制电源之间加装冲击继电器，当该回路接收到雷电在线监测系统传来的信号后启动，利用其常开触点KS启动中间继电器K和合闸线圈，瞬间实现断路器跳闸，同时利用中间继电器的常开触点接通KS冲击继电器的返回线圈，实现冲击继电器的返回，从而准备再次动作。

改造后的回路图如下：

4 结论

通过雷电在线监测系统的研究应用，可以提前监测出雷电发生地，将此信号传送至开关二次回路，结合开关控制回路的改造，达到瞬间切断开关的目的，从而减少雷电对10KV架空线路的损害，直接减少了输电线路的维护和更换工作，提高了全局的经济效益。

参考文献

[1] 胡志坤, Gui Weihua, Yang Chunhua, Deng Pengcheng, Steven X. Ding. Fault classification method for inverter based on hybrid support vector machines and wavelet analysis, International Journal of Control Automation, System, 2011, 9(4). （SCI/EI检索）

[2] 国家电力调度通信中心.电力系统继电保护实用技术问答.中国电力出版社.2010

[3] 黑龙江省电力有限公司调度中心.现场运行人员继电保护知识实用技术与问答（第二版）.中国电力出版社.2007

作者简介

胡艳允，女，汉族，大专，河南周口，助理工程师，1982年08月生，主要研究方向：发电厂及电力系统以及继电保护专业。电话：13703879396，电子邮箱：

马建勋，男，汉族，本科，河南项城，工程师，1974年08月生，主要研究方向：人力资源管理及电力系统分析。