超高压输电线路典型雷击故障分析和研究

针对雷击危及输电线路安全可靠运行的问题,采用电力系统计算机辅助设计(power systems computeraided design,PSCAD)对惠州供电局超高压输电线路雷击杆塔进行反击耐雷水平仿真计算。根据雷击杆塔前视塔和后视塔输电走廊范围内的典型地形,利用改进的电气几何模型计算其最大绕击雷电流,并结合雷电定位系统监测数据,判断2起雷击事故均由雷电绕击导线引起,其主要原因是地面倾角较大及地面的屏蔽效果减弱。考虑惠州供电局本身所处特殊强雷区,超高压输电线路走廊地形复杂,建议考虑输电走廊地形地貌,对超高压输电线路各杆塔的耐雷性能进行评估,采用安装避雷针、避雷器等经济合理的措施降低雷击跳闸率。     

基于 ViB e 检测的输电线路防外力破坏预警模型

根据近年电网的数据统计,机械车辆碰线、漂浮物缠绕和人为破坏等外力因素已成为输电线路跳闸事故的主要原因。为了有效应对此类故障隐患,设计构建BP神经网络输电线路防外力破坏预警模型,对安装于线路终端实时获取的监测图像进行预警等级分类。考虑输电线路通道内危险物通常为移动目标,本文对常用目标识别方法支持向量机(SVM)分类器引入ViBe移动侦测算法确定目标区域,提高模型的图像识别速度以满足线路预警的实时性要求。为解决传统危险预警判断依据单一导致准确率不高的问题,提出将危险物大小、危险物类型、目标最大作业高度和输电线路电压等级共同作为BP网络模型输入,通过引入多个影响因子提高模型可靠性。收集各地区电力公司发布的输电线路外力破坏案例数据作为训练样本,利用tensorflow建立输电线路防外力破坏BP神经网络预警模型,通过现场图片试验验证,方法预警准确,具有很高的应用价值。     

基于支持向量机的输电线路覆冰回归模型

为对输电线路覆冰进行有效地监测、预测及预警,提出了一种基于支持向量机(support vector machine,SVM)的输电线路覆冰回归模型,用于输电线路覆冰情况的短期预测。这一研究工作是在MATLAB环境下,应用LIBSVM软件包编程进行建模仿真的;针对实测微气象-覆冰数据多维、自由度大的特性,选定与覆冰相关性最大的气温、相对空气湿度数据以及覆冰参考量作为输入量,覆冰质量作为输出量;提出了基于支持向量机的超短期预测、短期迟滞预测和滚动预测3种预测模型,并通过实例数据仿真评估了模型的有效性。结果表明:超短期预测模型预测精度>90%,但时效仅15min、实用价值较低;短期迟滞预测模型和滚动预测模型在2h内预测精度均>80%,可适用于输电线路覆冰的短期实时预测;滚动预测模型理论上可预测更长期的覆冰情况,假设微气象参量恒定不变限制了其预测精度,若结合微气象预报将会有更好的预测效果。由于目前适用于建模仿真的完整覆冰数据较少,因此支持向量机用于建立输电线路覆冰回归模型的有效性和稳定性还有待进一步验证。     

统计分析输电线路雷害与微地形关系的新方法

微地形是影响雷击跳闸的一个重要且复杂的因素。为此,基于地理信息系统(GIS)及Excel软件对微地形因素影响雷击输电线路的规律进行了探索。在介绍了基于GIS输电线路及雷击信息文件形成的基础上,根据电力公司积累的输电线路实际雷击基础数据,将输电线路雷击点与GIS中的地形地貌相结合进行分析,得出了110、220、500kV电压等级输电线路雷击故障相位与输电线路暴露面的相关性规律,并探索发现了包括杆塔位于高山山顶、输电线路大跨越河流或山谷、沿山脊走向、处于迎风坡上、经过水域边等微地形因素影响雷击选择性的特点。研究结果表明,该统计分析方法具有直观、形象的特点,研究结论可为输电线路路径的设计及防雷措施的选择提供参考。     

基于支持向量机的输电线路故障诊断分类

基于支持向量机SVM(Support Vector Machine)的输电线路故障分类方法,可利用Matlab6.5仿真输电线路故障得到两组不同类型故障的数据。结合Matlab6.5环境下SVM工具箱进行编程,建立SVM故障分类器对测试样本进行测试。结果验证了该故障诊断方法的可行性。     

输电线路跳闸雷电绕反击故障自动诊断系统的研发

为提升输电线路雷击故障判定的自动性与时效性,最大限度减少输电线路因雷击故障导致的停运时间,研发了输电线路跳闸雷电绕反击故障自动诊断系统。基于输电线路跳闸信息和雷电定位系统的广域监测数据,进行雷电流幅值与杆塔绕反击耐雷水平对比,实现了雷击故障杆塔区间准确定位和雷电绕反击性质自动辨别。该系统已在南方电网部署应用,将长期以来雷击故障点事后的人工查询和雷击事故判断提升为实时诊断,为输电线路雷击故障快速处置、差异化防雷评估改造工作提供了有效的技术指导,对于保障电网安全稳定运行具有重要的意义。     

输电线路杆塔的多波阻抗模型研究

为有效开展输电线路雷击暂态分析,对输电线路杆塔的计算模型进行了研究。在分别对杆塔的集中电感模型、单一波阻抗模型、多波阻抗模型进行分析的基础上,推荐采用多波阻抗模型对杆塔进行仿真模拟。与传统的集中电感模型和单一波阻抗模型相比,多波阻抗模型既考虑了杆塔参数随高度的变化,又考虑了波沿杆塔的运动过程。计算精确度较前两种模型有所提高。通过一个雷击线路的计算实例证明了该模型的有效性。     

一种基于监督学习的输电线监测中杆塔的检测方法

为保证电力可靠配送,输电线路需要定期巡检,目前研究聚焦于自动检测输电线路,如检测杆塔,检查输电线缺陷损伤或分析安全距离等。对此提出一种基于监督学习来自动检测杆塔的方法,该方法利用方向梯度直方图特征训练支持向量机,从而支持向量机分类器,可将杆塔从背影中分离出来。试验结果证明,这种监督学习方法检测杆塔有效且高效。     

基于层次化、差异化的架空输电线路雷击风险评估

对当前架空输电线路雷击风险评估常用的雷害分布图法和雷击定量计算法进行了研究。针对这两种方法的不足,提出了“杆塔-杆塔区段-线路”差异化、多层次的雷击风险评估模型。以地闪密度为评估指标,同时充分考虑线路本身耐雷水平、周边地形地貌情况以及历史雷击跳闸事故等情况,计算并划分各基杆塔风险等级,确定杆塔易闪区段。同时利用层次分析法,评估各风险区段对整条输电线路的影响系数,逐层实现了整条线路雷击风险的综合评估。最后,通过实际案例验证了该评估模型的可行性。     

线路杆塔对雷电流分布和浪涌响应的影响

为解决现有回击模型在架空线路防雷性能计算时与实际情况分歧极大的问题,首先根据传统回击模型考虑线路杆塔与雷击通道以及杆塔与大地之间的反射,分析了杆塔对其电流分布及浪涌响应的影响,然后通过实例计算雷击电力杆塔雷击电流分布及其浪涌响应,总结出雷击通道回击模型以及杆塔电流分布的变化。分析表明,输电线路杆塔高度越高杆塔顶部浪涌响应越大,而杆塔波阻抗越小杆塔中入射雷电流越小,且最终相应地影响输电线路防雷性能。     

图像双分割与小波域多特征融合的高压输电线路典型小目标故障识别

为准确、快速地识别高压输电线路关键部件典型小目标故障,提出一种基于图像双分割与HSV空间颜色和HELM3纹理融合特征的高压输电线路典型小目标故障识别方法。该方法以航拍高压输电线路关键部件故障图像为原始数据,其中包括线夹偏移、绝缘子破损、引流线松股、链接金具锈蚀、铁塔杂物等典型小目标故障,以双分割后图像为研究对象,提取色度,饱和度,数值(hue,saturation,value,HSV)空间9个颜色特征、3层小波分解高频协方差矩阵与低频低阶矩(high frequency covariance matrix eigenvalues and lowfrequencylowerordermomentsin3-layerwavelet domain,HELM3)的18个不变纹理特征,进行支持向量机(supportvectormachine,SVM)的输电线路典型小目标故障分类识别。试验结果表明:在SVM识别模型下对高压输电线路典型小目标故障进行分类,该文的HSV和HELM3特征融合方法,相比于二者单独进行识别,平均识别率分别提高了10.89%和10.19%,达到92.64%;在不同分类模式下,该文SVM分类器的识别率比贝叶斯分类器、K近邻算法(K-nearest neighbor,KNN)分类器平均识别率提高了至少10个百分点,有明显的识别优势。     

线路杆塔对雷电流分布和浪涌响应的影响

为解决现有回击模型在架空线路防雷性能计算时与实际情况分歧极大的问题，首先根据传统回击模型考虑线路杆塔与雷击通道以及杆塔与大地之间的反射，分析了杆塔对其电流分布及浪涌响应的影响，然后通过实例计算雷击电力杆塔雷击电流分布及其浪涌响应，总结出雷击通道回击模型以及杆塔电流分布的变化。分析表明，输电线路杆塔高度越高杆塔顶部浪涌响应越大，而杆塔波阻抗越小杆塔中入射雷电流越小，且最终相应地影响输电线路防雷性能。     

架空输电线路雷电绕击与反击的识别

为准确辨识输电线路雷击故障,分析了雷电绕击和反击的发生机理,并基于ATP-EMTP建立了110 kV输电线路杆塔多波阻抗模型及雷击仿真模型进行仿真。结果表明:雷击杆塔塔顶或绕击导线时,绝缘子串两端电位差方向不同;雷击闪络时,被击杆塔闪络相绝缘子串电位差降为0,雷击暂态过程结束后,邻近杆塔对应相绝缘子串电位差近似为0;反击闪络时,邻近杆塔绝缘子串两端电位差方向发生改变;杆塔入地电流方向可表征雷电流极性。基于上述特征,提出通过输电线路绝缘子串电位差和杆塔入地电流构建特征量,以2者的方向及其有效值作为识别判据,对雷击故障及未故障条件下的雷击类型进行辨识。     

特高压输电线路杆塔雷电流分布的仿真

为了更深入掌握雷击特高压(UHV)输电线路杆塔时雷电流分布的特性,对特高压输电线路杆塔雷电流分布进行了仿真。首先建立了简化的2层杆塔模型,使用矩量法(MOM)进行了雷电流分布计算并通过了实体模型的试验验证。然后在此基础上,根据实际参数建立了特高压输电线路猫头塔的仿真模型,分别就4种雷电流波形和3种不同雷击位置情况下杆塔内的雷电流分布进行了仿真计算。结果表明:雷电流波形越平缓,通过避雷线流向其他杆塔的电流就越多,反之亦然;波前时间的上升导致斜撑流过的电流比例增大;雷击点的改变对雷击点附近的电流分布影响极大并将改变部分导体内电流的方向,但随着导体与雷击点间距离的增加,导体上通过的雷电流受雷击点位置的影响减小,且雷电流分布随着该距离的增加而趋于均匀;杆塔内不同部分的雷电流峰值时间不同,将其幅值直接求和得到的结果大于注入的雷电流总幅值。该研究工作加深了对雷击特高压输电线路杆塔时雷电流分布特性的认识,也为雷电流监测装置的安装提供了参考。     

金属氧化物避雷器在输电线路防雷中的应用

对采用金属氧化物避雷器提高110 kV输电线路易击段与易击杆塔的耐雷水平进行了计算分析。比较了安装金属氧化物避雷器前后雷击杆塔与雷击输电线路的耐雷水平;分析了接地电阻、线路挡距等对线路耐雷水平的影响,并用电气几何模型分析了导线雷电绕击。     

广西电网架空输电线路雷击跳闸及影响因素分析

针对广西电网输电线路雷击跳闸故障频发的现状,基于雷电定位系统的监测数据,分析总结广西电网2013年1-8月110kV及以上输电线路雷害的原因及特点,并分析线路遭受雷击与雷电流幅值、杆塔所在位置的地形地貌、杆塔接地电阻值等的关联程度.结合广西电网的实际情况,提出应对线路雷害问题的一些措施.     

微地形下输电线路绕击闪络率的计算方法

为反映地形、导线及地线高度的变化对绕击性能的影响,提出了一种获取输电线路微地形及导线、地线与地面的相对位置的方法,并在此基础上计算输电线路杆塔的绕击闪络率。首先沿线路方向将输电走廊进行近似等分,利用地理信息软件得到各分段的海拔高度和地面倾角这2个微地形参数;其次根据导线、地线的特性,结合各分段海拔高度,得到任意分段处导线、地线与地面的实际相对位置,最后以电气几何模型（electrical geometry model,EGM）为基础,计算各分段及各杆塔的绕击闪络率。以某500kV线路为例,计算其实际微地形下输电线路杆塔的绕击闪络率,结果表明该方法不仅能够反映输电线路的绕击范围,而且能够得到输电线路容易遭受雷击的杆塔;遭受过雷击的杆塔位于易击区间,证明了该方法的有效性。     

雷击输电线路时全波电磁暂态特性研究

研究遭受雷击时输电线路的全波电磁暂态特性,可以得出雷击时输电线路出现闪络现象的概率,避免输电线路发生破损,提高其安全性和稳定性。构建输电线路雷击仿真模型,包括杆塔、雷电流和输电线路模型,模拟输电线路受到雷击的情况,并分析其在雷击作用下所产生的2类电压,包括直接雷过电压和感应过电压,以此为依据分析输电线路在雷击作用下的全波电磁暂态特性。结果表明,当中间杆塔上相被60 kA雷电流击中时,导线相本基杆塔和邻近杆塔在受到雷击1 s内容易出现闪络现象;绝缘子被雷击时产生500~600 kA的电弧电流,造成绝缘子破坏;在输电线路的导线中安装避雷器,可避免其被雷击时的跳闸现象。     

高压直流输电系统故障诊断方法研究

高压直流输电(HVDC)是一种近年来快速发展的新型输电技术,其运行可靠性将极大地影响整个电力系统的可靠性。本文基于电磁暂态仿真软件EMTDC/PSCAD建立系统模型,对系统常见故障进行仿真研究。在此基础上提出将支持向量机(SVM)用于系统故障分类,并用其它常用故障诊断方法与基于SVM模型的方法进行比较。以验证支持向量机在高压直流输电系统故障诊断中的可行性和有效性。     

考虑杆塔等效半径变化的高杆塔雷击暂态特性分析

分析雷击输电线路杆塔时的暂态特性,对输电线路上电气设备的绝缘配合设计具有重要的指导意义。在国内外已有波阻抗杆塔模型的基础上,考虑高杆塔主体和呼高部分随高度的减小而等效半径增大,使得各部分波阻抗值减小的情况,对高杆塔进行细分,仿真研究高杆塔多波阻抗模型的分段数对雷电波传播的影响。通过比较和分析不同段时雷电流波形、雷电流幅值及接地电阻对杆塔雷击暂态特性影响,得出若对高杆塔主体进行细分段,则有其上过电压降低,暂态过程较长的结论。