輸電線路落雷識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)安裝中的問(wèn)題和解決辦法

張強(qiáng)永,楊柳青,徐 健,白貽杰

(1.貴州電網(wǎng)公司六枝供電局,貴州 六盤(pán)水553001;2.貴州電網(wǎng)公司都勻供電局，貴州 都勻558000;3.黑龍江恒電防雷工程有限公司,黑龍江 哈爾濱150090;4.北京工業(yè)大學(xué)電控學(xué)院信號(hào)檢測(cè)與處理實(shí)驗(yàn)室,北京100124)

1 引言

輸電線路是電網(wǎng)雷電防護(hù)較薄弱的環(huán)節(jié)， 尤其在我國(guó)西南山區(qū)，線路遭受雷擊的概率很大。 電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，直接關(guān)系到國(guó)計(jì)民生。 因此需要對(duì)輸電線路的防雷水平和能力進(jìn)行深入地分析研究， 采取必要的防雷策略，降低輸電線路雷擊掉閘率，提高供電可靠性，確保輸變電設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)行，確保對(duì)千家萬(wàn)戶的可靠供電。

輸電線路落雷識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圍繞輸電線路及安全防護(hù)設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)和信息采集的數(shù)據(jù)處理與數(shù)據(jù)管理而開(kāi)展,開(kāi)發(fā)一種簡(jiǎn)捷、有效的安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，并及時(shí)、準(zhǔn)確地掌握輸電線路運(yùn)行情況。 因此，建立基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)基礎(chǔ)的輸電線路監(jiān)測(cè)系統(tǒng)， 匯集底層有效數(shù)據(jù)，既能及時(shí)發(fā)現(xiàn)危險(xiǎn)隱患，又能根據(jù)歷史數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律預(yù)測(cè)未來(lái)， 為保證輸電線路可靠運(yùn)行和穩(wěn)定運(yùn)行提供依據(jù)，使電網(wǎng)逐步走向智能化。 目前輸電線路落雷識(shí)別監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在貴州電網(wǎng)正常運(yùn)行了三年。

2 系統(tǒng)安裝概要

無(wú)線終端機(jī)安裝在輸電桿塔上， 通過(guò)傳感器實(shí)現(xiàn)全線雷電發(fā)生與避雷器防護(hù)狀態(tài)信息的實(shí)時(shí)采集與存儲(chǔ)，為管理和施工人員提供狀態(tài)信息。 數(shù)據(jù)采集端機(jī)采用太陽(yáng)能獨(dú)立供電， 不受其它設(shè)施的牽制和影響。設(shè)備架設(shè)、維修和拆換方便，即插即用。不影響電網(wǎng)運(yùn)行安全。通過(guò)GPRS 網(wǎng)絡(luò)在工作區(qū)間直接發(fā)回到中央管理計(jì)算機(jī)，中央管理機(jī)可由GPRS 網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程接收數(shù)據(jù)。 這些數(shù)據(jù)可以進(jìn)入管理軟件系統(tǒng)進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)。

當(dāng)桿塔遭到雷擊之后， 雷電流通過(guò)雷電流傳感器，將遭受的雷擊信息傳輸給終端機(jī)，終端機(jī)將信息存儲(chǔ)，等待工作人員的監(jiān)測(cè)。 當(dāng)需要查看接地電阻信息時(shí)， 終端機(jī)將查詢接地電阻的命令發(fā)送給接地電阻測(cè)量?jī)x， 接地電阻測(cè)量?jī)x將測(cè)出的電阻信息反饋給終端機(jī)，再傳輸給上位機(jī)以供查詢。 所以整個(gè)系統(tǒng)的安裝正確與否直接影響到上位機(jī)能否接收到正確數(shù)據(jù)，能否實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)輸電桿塔運(yùn)行狀態(tài)。

3 終端機(jī)的安裝及注意事項(xiàng)

終端機(jī)是整個(gè)系統(tǒng)的樞紐， 具有收發(fā)信息的重要作用，它主要由嵌入式處理模塊、無(wú)線傳輸模塊、蓄電池太陽(yáng)能供電部件組成。

處理模塊主要功能有3 個(gè)： 及時(shí)檢測(cè)和記錄雷電強(qiáng)度和發(fā)生時(shí)間與接地狀態(tài)； 在手持機(jī)的呼叫下控制無(wú)線模塊將采集的數(shù)據(jù)發(fā)回；電源管理，控制無(wú)線模塊和處理器的低功耗工作。 由于系統(tǒng)耗電很低，采用4 Ah 電池可連續(xù)工作10 d 以上，如果采用太陽(yáng)光伏逆變器加蓄電池的方式供電， 所配的太陽(yáng)能電池板面積約為0.01 m2，可以連續(xù)工作3-5 a。 為防止陽(yáng)光過(guò)強(qiáng)時(shí)損壞電池，還加了電壓監(jiān)測(cè)功能，在電壓過(guò)高時(shí)自動(dòng)斷開(kāi)充電電路。

考慮到端機(jī)內(nèi)部線路結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性， 端機(jī)的組裝工作大部分都由開(kāi)發(fā)的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員來(lái)完成。 現(xiàn)場(chǎng)施工人員將端機(jī)拆開(kāi)，將無(wú)線傳輸?shù)奶炀€安裝好，固定端機(jī)支架， 最后把光纖連接到端機(jī)的光纖傳輸接口，安裝工作結(jié)束。

終端機(jī)在安裝的過(guò)程中需要注意的事項(xiàng)及后期改進(jìn)建議：(1)天線安裝完成后，在蓋端機(jī)機(jī)殼的時(shí)候勿壓到傳輸線。 (2)為保證裝備的密封性，防止雨水進(jìn)入端機(jī)影響端機(jī)正常運(yùn)行， 在連接光纖的時(shí)候需擰緊螺栓，同時(shí)涂抹密封膠。 (3)在安裝的過(guò)程中還要注意信號(hào)問(wèn)題， 現(xiàn)場(chǎng)的安裝施工人員需了解基本的與端機(jī)通信的方法，確保安裝一臺(tái)正常運(yùn)轉(zhuǎn)一臺(tái)。 建議在終端中配備無(wú)線信號(hào)放大器。 (4)在輸電桿塔上固定端機(jī)的時(shí)候，必須保證端機(jī)的牢固性。 (5)為保證端機(jī)的良好通信狀態(tài)，端機(jī)安裝有一定傾斜度，考慮到冬季會(huì)有覆冰，可能致使天線脫落或者損壞，所以天線一定要安裝牢固。 建議采用金屬絲固定，或者采用能夠抗擊負(fù)重的天線。 同時(shí)建議嚴(yán)格考量光纖與端機(jī)接觸緊密度和實(shí)際長(zhǎng)度， 保證端機(jī)正常工作和安裝效果良好。

4 貼片雷電流傳感器安裝及注意事項(xiàng)

貼片式雷電傳感器利用電磁感應(yīng)原理、 電容儲(chǔ)能和電源變換技術(shù)， 將部分雷擊能量轉(zhuǎn)換為帶有雷擊強(qiáng)度信息的紅外信號(hào)， 再通過(guò)光纖傳輸?shù)奖O(jiān)測(cè)終端機(jī)上， 雷電流傳感器由繞在鐵氧體磁環(huán)上的感應(yīng)線圈和穿在磁環(huán)中間的導(dǎo)流銅片組成。 雷電流經(jīng)過(guò)桿塔的金屬架入地時(shí)， 會(huì)有部分電流通過(guò)導(dǎo)流銅片分流， 流經(jīng)的電流經(jīng)過(guò)磁芯產(chǎn)生的感應(yīng)電流通過(guò)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路變成強(qiáng)度不同的光信號(hào)， 進(jìn)而通過(guò)光纖與配套的帶有紅外接收功能的雷擊信息采集記錄模塊隨時(shí)接收、記錄并上傳發(fā)生雷擊的時(shí)間、次數(shù)和線路的位置信息。

傳感器的所有部件都在組裝的時(shí)候封閉在黑色外殼里面， 現(xiàn)場(chǎng)安裝人員只需利用夾板和螺栓將其固定即可。 需要注意如下幾點(diǎn)：(1)傳感器安裝必須牢固，保證傳感器與鐵塔的緊密接觸。 (2)雷電流采集傳感器表面需光滑處理，四面用玻璃膠密封防水，防止雨水滲透。 (3)要保證傳感器與光纖頭接觸良好。

5 接地電阻檢測(cè)器安裝及注意事項(xiàng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)研究了基于無(wú)需輔助測(cè)量電極的雙耦合（鉗形）測(cè)量方法，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)了鉗形測(cè)量相似的鉗形耦合式接地電阻測(cè)量方法與裝置， 該裝置由帶有數(shù)據(jù)接口的微處理器模塊、 阻抗測(cè)量和功率激勵(lì)電路組成的阻抗測(cè)量模塊和繞有激勵(lì)線圈和感應(yīng)線圈的鉗形耦合測(cè)量探頭組成。

在微處理器的控制下， 阻抗測(cè)量模塊能夠產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)，另一個(gè)感應(yīng)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)信號(hào)與接地回路電阻有關(guān)。 通過(guò)阻抗測(cè)量模塊的采樣和離散傅里葉變換（DFT），得到一組與激勵(lì)頻率相對(duì)的接地回路阻抗的復(fù)數(shù)變量。 測(cè)量結(jié)果再由處理器進(jìn)行歸一化處理，剔除干擾影響。 最終結(jié)果可上傳到監(jiān)管系統(tǒng)。

接地電阻檢測(cè)器上方也是一個(gè)雷電流采集傳感器， 此傳感器采集泄放雷電流信息和反擊雷電流信息，其安裝于上面的雷電流安裝略有不同，需要一個(gè)直角的支架將其與桿塔固定在一起， 需要注意的事項(xiàng)與上述雷電流傳感器一樣。

接地電阻檢測(cè)器， 傳感器的所有器件在組裝的過(guò)程中都用膠密封于不銹鋼殼內(nèi)， 考慮到接地電阻傳感器與終端機(jī)連線比較復(fù)雜的問(wèn)題， 在組裝的時(shí)候就將終端機(jī)與接地電阻傳感器的線路連接完畢。現(xiàn)場(chǎng)安裝人員需要用工具包同時(shí)將終端機(jī)與接地電阻檢測(cè)器帶上桿塔， 最后將接地電阻檢測(cè)器通過(guò)圓孔套在扁鐵上，扁鐵延伸到地面位置與接地網(wǎng)連接，從而構(gòu)成一個(gè)測(cè)量回路。 能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)接地電阻的變換信息。

需要注意的問(wèn)題：(1) 因?yàn)榻拥仉娮铏z測(cè)器與終端機(jī)直接連在一起，攜帶不方便，所以現(xiàn)場(chǎng)會(huì)出現(xiàn)連接終端機(jī)和接地電阻檢測(cè)器之間線纜過(guò)長(zhǎng)過(guò)短的問(wèn)題，可能會(huì)導(dǎo)致線路斷開(kāi)等后果，所以在安裝的時(shí)候應(yīng)盡量避免。 (2)扁鐵穿過(guò)接地電阻檢測(cè)器的部分，要做少許的切割處理， 使得接地電阻檢測(cè)器固定在離地面某一高度，這也是為了避免一些人為的破壞，切割的表面必須打磨光滑。 (3)扁鐵與接地網(wǎng)一定要有力的固定在一起，防止大風(fēng)時(shí)扁鐵、傳感器和桿塔發(fā)生碰撞。

6 上位機(jī)的安裝及注意事項(xiàng)

(1)上位機(jī)功能：①與端機(jī)的通信，可以發(fā)送查詢端機(jī)狀態(tài)、雷電信息、接地電阻信息，并接收這些信息，在主界面顯示，然后存入數(shù)據(jù)庫(kù)中。 ②系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)顯示，主要顯示串口啟動(dòng)、收發(fā)短信等。 ③信息查詢與打印。 狀態(tài)綜合查詢可查詢和打印數(shù)據(jù)庫(kù)中已存的端機(jī)狀態(tài)、雷電記錄、接地電阻信息。 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)報(bào)告可匯總統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息， 調(diào)用word03 顯示出來(lái)。 ④塔桿信息顯示，顯示出線路和塔桿對(duì)應(yīng)的SIM 卡號(hào)。 ⑤查詢模塊中SIM 卡的余額，清除端機(jī)中的雷電記錄。

(2)Mysql 環(huán)境安裝。 ①雷電短信軟件安裝環(huán)境，必須要有Mysql 和mysql 的odbc 驅(qū)動(dòng)。 ②安裝Mysql，注意設(shè)置好用戶名和密碼。

（3）配置和測(cè)試短信模塊。 更換SIM 卡后，使用短信模塊前， 要先配置短信模塊才能正常與端機(jī)通信。