导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护方法

本发明涉及高电压，特别是涉及导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护方法。

背景技术：

1、电网的安全、可靠、经济、高效运行，离不开对输电线路状态的在线监测，输电线路在线监测系统已成为我国统一坚强型智能电网输变电环节的重要组成部分。为了对输电线路进行实时监测、故障诊断和状态评估，大量的无线传感器、监测设备、通信设备被安装于架空线上或杆塔上。这些设备需要持续稳定的供电，但是传统的供电方式如电池、太阳能板等存在寿命短、维护困难、受环境影响大等缺点，不能满足长期稳定供电的需求。因此，基于地线感应的在线取能方法得到了广泛的关注和研究。

2、基于地线感应的在线取能设备(简称“取能设备”)一般应用于一根地线分段绝缘、单点接地，另一根地线逐塔接地的架空输电线。取能设备安装于待取能点的分段绝缘地线绝缘子两端，其基本原理是利用输电线路导线和地线之间的互感耦合，导线上的电流将通过导地线互感在分段绝缘地线的绝缘子两端产生电动势实现取能，再经过整流、稳压设备即可为检测设备稳定供电。该方式不需要额外的能源输入，是一种环保、高效、可持续的供电方式。但由于取能设备安装于线路塔顶，其面临过电压的概率远高于安装在导线或者杆塔中段的其他装置。雷直击杆塔、雷击避雷线中段时冲击电流涌入取能设备；雷电绕击导线时导线中的雷电流通过地线感应在地线绝缘子两端产生过电压；或当导线因树障、山火或舞动碰线而发生单相或相间短路时，导线短路电流导致地线绝缘子两端的电动势突增，这些过电压情况都有可能对取能设备造成严重的损坏。因此，为取能设备设计配套的保护电路是十分必要的。

3、目前国内对于取能设备的过电压保护方案研究主要面向雷击，以及短时间相地短路、变压器投切操作等引起的过电压情况。如重庆大学团队提出了针对雷击场景下的三级浪涌保护装置，通过设置动作电压逐级递减的保护装置来削弱雷电流冲击，有较好的防雷性能，但是并未提出导线短路情况下的可靠保护方案；贵州电网有限责任公司电力科学研究院则进一步考虑了由短时的相地短路、变压器投切等引起的过电压保护问题，其通过组合大容量spd器件，隔离变压器以及瞬态抑制二极管对雷击和短时相地短路、变压器投切操作等引起的过电压情况进行保护，但在实际运行中，导线短路发生的持续时间可能会达到1s以上，大大高于装置设计时考虑的300ms,相地短路情况发生时浪涌保护器件将大量发热从而导致保护失效甚至设备损毁，并且装置整体体积和重量偏大，给设备的安装和维护带来了不便。

4、现有的基于地线感应的架空输电线在线取能设备的有效保护装置主要针对短时过电压情况进行保护，此类工况的特点是作用时间很短(多为微秒级或毫秒级)、峰值电压很高(因雷击造成的过电压可能在地线绝缘子两端产生峰值数十千伏的冲击电压)、但作用于浪涌保护器的总能量并不大(在基于110kv输电线路的雷击仿真测试中，重庆大学团队提出的保护方案中的浪涌保护装置泄放的总能量小于20j)。以上情况对于器件的主要破坏在于击穿与器件绝缘的损坏，而当架空输电线发生单相接地短路或相间短路时，浪涌保护器件持续动作，取能装置的主回路中将有数百安的工频电压流过，产生大量热量，浪涌保护装置将在数十毫秒内失效并烧毁，而在极端情况下线路上的故障可能需要数百毫秒甚至几秒才能被检测并跳闸；此外对于工频大电流，保护装置中的退耦元件将不再起作用。以重庆大学团队提出的保护装置为例：其三级spd装置的能容量与动作电压逐级递减，并通过电感作为退耦元件来控制三级保护装置先后动作，实现大容量器件释能，小容量器件限压的作用，而在输电线路发生故障的情况下，退耦元件失效，绝大部分电流将流经动作电压最小的器件，造成设备的损坏，供电失效甚至引发火灾，造成更大的安全隐患和财产损失

技术实现思路

1、本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。

2、为此，本发明提出了导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护方法，实现了对于架空线短路故障情况的有效防护，大大提高了保护装置对于基于地线感应的架空输电线在线取能设备的保护能力。

3、本发明的另一个目的在于提出一种导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护装置。

4、为达上述目的，本发明一方面提出一种导线短路情况下架空地线感应取能设备的构建输电线路中的电路保护装置；

5、获取输电线路在导线短路情况下的取能设备主回路电流的电流测量数据；

6、利用基于所述电路保护装置的晶闸管触发控制器比较分析所述电流测量数据与电流阈值以得到电流比较结果；

7、基于电流测量数据大于电流阈值的电流比较结果，所述晶闸管触发控制器产生闭合信号触发晶闸管的导通实现导流以进行取能设备的过电压保护。

8、本发明实施例的导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护方法还可以具有以下附加技术特征：

9、在本发明的一个实施例中，利用电流探头对所述取能设备主回路电流进行测量，以得到电流测量数据。

10、在本发明的一个实施例中，所述电路保护装置，包括三级保护装置和电流泄放支路；其中，所述三级保护装置，包括地线绝缘子两端并联的气体间隙的第一级保护装置和采用压敏电阻的第二、三级保护装置；所述电流泄放支路，包括双向晶闸管、电容、电阻和电感。

11、在本发明的一个实施例中，所述方法，还包括：

12、根据电路仿真参数确定所述输电线路中导地线的空间相对位置；

13、根据所述导地线的空间相对位置得到杆塔的多波阻抗模型；

14、基于pscad-emtdc软件对所述多波阻抗模型进行雷击情况以及架空线短路故障情况下的仿真计算以得到电路仿真计算结果。

15、在本发明的一个实施例中，所述电路仿真参数，包括110kv的单回输电线路、1xza1-zbc1的杆塔型号、杆塔适用的350m的水平档距、jlb20a-100的地线型号和jl/g1a-185/30的导线型号。

16、为达上述目的，本发明另一方面提出一种导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护装置，包括：

17、电路保护装置构建模块，用于构建输电线路中的电路保护装置；

18、电流测量数据获取模块，用于获取输电线路在导线短路情况下的取能设备主回路电流的电流测量数据；

19、电流测量数据比较模块，用于利用基于所述电路保护装置的晶闸管触发控制器比较分析所述电流测量数据与电流阈值以得到电流比较结果；

20、信号控制电压保护模块，用于基于电流测量数据大于电流阈值的电流比较结果，所述晶闸管触发控制器产生闭合信号触发晶闸管的导通实现导流以进行取能设备的过电压保护。

21、本发明实施例的导线短路情况下架空地线感应取能设备的过电压保护方法和装置，实现了对于架空线短路故障情况的有效防护，大大提高了保护装置对于基于地线感应的架空输电线在线取能设备的保护能力；同时，该装置中采用的智能化控制器也实现了对于各种特殊工况的自动化保护，减少了人员的检修与维护成本，提高了该装置的使用寿命。

22、本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。