输电线路雷击故障的仿真与识别方法研究

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1、输电线路雷击故障的仿真与识别方法研究第1章绪论1.1课题研究背景及意义伴随着高压电网的建设，输电网络愈发密集，所经地形复杂多样，自然环境各不相同，同时，高压电网的进一步推广引起电压等级与输送容量的节节攀升，导致杆塔高度和线路走廊不断增大，输电线路雷击事故越来越多，影响也越来越严重。统计表明，在我国跳闸率较高的输电路段因雷击而引起的跳闸故障占到总数的40~70%[1]。雷击成为继操作过电压之后威胁电网供电可靠性的首要因素。雷电流会产生强烈的电磁场、热效应与应力作用，对输电线路及电气设备产生恶劣影响。输电线路雷击产生的高幅值脉冲过电压容易引起绝缘子串闪络，雷电流所产生的热效

2、应有可能导致架空线路接头融化造成断线故障，雷电流泄放时所附带的作用力极易造成杆塔角钢变形；高频高幅值雷电行波入侵变电站会破坏电气设备绝缘，损毁变电设备[2]。总之，在电网电压等级越来越高的今天，无论是输电线路雷击引起闪络接地还是电气设备受到雷击被迫退出运行，都会对输电系统造成严重破坏，有可能引发连锁反应导致系统崩溃影响正常的工业生产和日常生活。因此模拟雷击扰动，收集雷击数据，以便为防雷工作提供指导与依据具有重要现实意义。雷电随气象情况而变化，影响范围广袤，在互联电网覆盖范围越来越大的今天，实现输电线雷击识别对确定事故现场，查明故障原因进而快速排除故障具有重要指导作用。根

3、据雷电流是否引起输电线路故障可将雷击扰动分为：故障雷击与非故障雷击[3]。线路中发生非故障雷击时会产生高频暂态行波，引起系统行波保护装置误动作，普通接地短路故障亦会因负载电流变大而引起继电保护装置动作，因此不加区分的盲目改进防雷措施是不科学的。同时，由于现场环境复杂多变，短路故障原因众多而雷电流引起的绝缘子闪络故障又不易观察，如果在控制室确定了故障类型，可在现场有针对性的寻找故障源，节省大量故障查找时间，对快速恢复供电具有重要作用。因此，实现输电线路雷击故障类型的区分与识别对减轻检修任务提高检修效率，保证电网持续可靠供电具有重大意义。........1.2国内外研究现状

4、输电线路雷击会对电力设备造成恶劣的影响与破坏，而雷电出现的随机性与瞬时性也注定了人们对雷电的物理认识与工程分析困难重重，通常只能通过搭建简化实验模型来检验理论结果[6]。仿真实验模型的好坏将对认知结果产生直接影响。目前，输电线路雷击仿真研究大部分集中于杆塔系统与架空线模型的搭建上。首先，根据采用分析方法的不同，杆塔模型搭建的方法主要分为：规程法、电磁场分析法与波阻抗法。规程法[7]采用等值电感与接地电阻相串联的形式来实现杆塔系统的等值，给出了杆塔等值电感的计算方法。规程法将杆塔简化为一个独立系统，未考虑电磁波的球形传播特性及杆塔与避雷线间的耦合作用，适用于现场分析。电磁

5、场分析法包括回路法、抵消场法与感应电荷准静法等。回路法[8]原理比较简单，忽略了感应电荷的影响，适用于低杆塔电荷感应较弱的情况；抵消场法与感应电荷准静法[9]均考虑了电磁波的传播与感应电荷的分布特性，与实际情况非常近似。电磁场分析方法原理复杂，仿真中计算量大，适宜用于理论研究。波阻抗法用电容、电感与接地电阻来完成杆塔的电路等值。文献[10]中引用了杆塔的多种等效波阻抗模型，包括将杆塔视为垂直圆柱体的Jordan公式，将杆塔等效为圆柱模型并利用电磁场理论得到波阻抗的的输电线路雷击识别模型............355.4本章小结............37第5章基于相关向

6、量机的雷击识别5.1概述目前，雷击放电的物理机理尚不明确，而雷电流放电又具有瞬时性与随机性，这使得输电线路雷击识别所提取的特征判据与扰动类型之间很难有明确的对应关系。由上一章分析可知，不同的特征量在进行识别时，都有自身的局限性，波形过零率与行波积分法对现场噪声与母线接线方式比较敏感，暂态电流相似度特征受信号采样长度与时间窗选取的影响，时域近似熵判据不能对故障雷击与非故障雷击进行区分，小波能量比特征量在输电线路发生非故障雷绕击与反击时失效等。为保证识别的准确度，通常选用多个判据共同作用完成区分，同时由于判据在数值上有一定的离散性，只依赖人为判断很难得到可靠结果。因此，考虑

7、将人工智能识别算法引入输电线路雷击故障的识别当中。本文考虑引入相关向量机算法实现输电线路雷击故障的智能识别。相关向量机(Relevancevectormachine,RVM)广泛应用于故障诊断、影像分析与性能预测等领域，所需样本数据少，能够对高维线性或者非线性系统进行处理，输出为概率分布值，避免了采用硬阀值识别所产生的准确度不能确定的问题。由于相关向量机主要对二分类问题展开研究，而输电线路雷击识别为多分类问题，因此，需要利用二叉树法将识别过程化简为二分类过程。本章首先对相关向量机算法机理进行了介绍，在此基础上建立了输电线路雷击故障的智能系