基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路及阻抗数据分析方法

技术领域

本发明涉及杆塔高压试验领域，尤其涉及一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路及阻抗数据分析方法。

背景技术

输电线路杆塔的冲击电阻是评估线路雷电反击性能的重要参数。在杆塔遭受雷击时，塔顶电位升高，杆塔绝缘子易发生反击闪络。若杆塔阻抗变大，在同等雷电流大小的情况下，杆塔雷击时塔顶电位也会增高，杆塔绝缘子反击闪络风险增高，更易造成雷击跳闸等情况。

随着社会发展的需要，架空线路输电等级逐渐提高，输电杆塔高度也在不断提高，同时杆塔塔身新型金属材料如耐候钢等材料的运用，这些均可能导致杆塔的冲击阻抗增大，从而降低杆塔的防雷水平。国内对架空线路杆塔进行过多次现场冲击阻抗试验，均是对杆塔及其接地装置的整体阻抗测量，但考虑到各地区的土壤电阻率不同，杆塔接地装置设置也不同，其试验结果适用性较差，更无法对某种型号杆塔进行自身阻抗分析。

在此情况下，对杆塔自身进行冲击阻抗测量分析显得尤为重要，其测量结果可与各地各类型接地阻抗相结合，对杆塔冲击响应具有更好的评估作用。

综上所述，杆塔的冲击阻抗对杆塔耐雷水平具有非常大的影响，同时为保证测量数据具有更高的研究意义及价值，对杆塔自身的冲击阻抗测量分析非常重要。因此，如何测量分析杆塔的塔身冲击阻抗成为急需解决的技术问题。

发明内容

为了解决上述现有技术中缺少测量杆塔自身冲击阻抗技术的缺陷，本发明提出了一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路及阻抗数据分析方法。

本发明采用以下技术方案：

一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路，包括：冲击电流发生器、注入线、电流测量装置和电压测量装置；

冲击电流发生器的高压端通过注入线连接杆塔地线横担，电压测量装置的高压端通过导线连接杆塔塔顶，导线采用第四绝缘支架固定，导线位于第四绝缘支架和杆塔之间的线段水平设置且长度大于杆塔的高度；冲击电流发生器的低压端和电压测量装置的低压端均通过接地电缆连接杆塔塔脚，且注入线和接地电缆均架空设置；

电流测量装置设置在注入线靠近杆塔的一端。

优选的，杆塔的各个塔脚均通过接地电缆连接冲击电流发生器的低压端和电压测量装置的低压端。

优选的，还包括设置在地面上的第一绝缘支架和设置在杆塔导线横担上的第二绝缘支架，第一绝缘支架用于对注入线的近地端进行固定，第一绝缘支架与杆塔之间的距离大于杆塔的高度；第二绝缘支架用于支撑注入线；第一绝缘支架与杆塔等高，位于第一绝缘支架和第二绝缘支架之间的注入线与杆塔中心线之间的夹角为90度，注入线与导线之间的夹角为90度。。

优选的，第二绝缘支架包括L型筒式绝缘支架和U型螺栓；在杆塔导线横担上安装固定底座，L型筒式绝缘支架短端与固定底座连接；U型螺栓设置在所述L型筒式绝缘支架背离固定底座，注入线穿过U型螺栓并固定。

优选的，位于第一绝缘支架和第二绝缘支架之间的注入线水平设置。

优选的，注入线靠近杆塔的一端设有接线端子，接线端子与杆塔塔顶连接。

优选的，注入线采用外层包裹有绝缘层的铝绞线。

优选的，注入线靠近杆塔的一端通过设置在杆塔上的耐张串固定，耐张串包括：QP-7球头、绝缘子串、W-7碗头、Z-7直角挂板、楔形线夹和两个U-0770挂环；耐张串的安装方式为：在杆塔顶端的地线安装孔上安装一个U-0770挂环，所述U-0770挂环通过另一个U-0770挂环连接设置在绝缘子串上端的QP-7球头，设置在绝缘子串下端的W-7碗头通过Z-7直角挂板连接楔形线夹，楔形线夹用于固定注入线并使注入线伸出至少1m到1.5m长作为活头，所述活头的前端绝缘皮剥开以裸露线芯，所述线芯通过接线端子与杆塔塔顶连接。

优选的，接地电缆采用铜带或者铜线，且接地电缆通过多个第三绝缘支架悬空设置；接地电缆离地高度至少为50cm。

电流测量装置采用罗氏线圈，电压测量装置采用分压器。

一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路的阻抗数据分析方法，包括以下步骤：

S1、设置所述的基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路，通过电流测量装置和电压测量装置采集电气数据，电气数据包括电流和电压；

S2、筛选出的具有相同的时间长度和测量精度的电流数据和电压数据；

S3、对筛选出的电流和筛选出的电压进行滤波处理，然后对滤波后的电流和电压进行傅里叶变化，分析信号的频率组成，并计算频域阻抗。

本发明的优点在于：

(1)本发明实现了对杆塔自身冲击阻抗的测量，为防雷接地设计提供了数据支持。通过本发明测量的阻抗结果可结合各地土壤电阻率、接地网设置等，分析各地杆塔的冲击响应水平，以此确定杆塔的防雷措施等级，提高了杆塔防雷措施的针对性及合理性。

(2)第四绝缘支架与杆塔等高，实现导线与杆塔垂直，实现了大幅度降低杆塔与注入线之间的电磁耦合。第四绝缘支架与杆塔的距离大于杆塔的高度，进一步降低了杆塔与注入线之间的电磁耦合。

(3)本发明有效提高了杆塔冲击阻抗试验的意义及价值。

附图说明

图1为一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为试验接线全景图。

图4(a)为固定底座正视图。

图4(b)为固定底座俯视图。

图5为第二绝缘支架与杆塔导线横担固定图。

图6(a)为抱箍的正视图。

图6(b)为抱箍的俯视图。

图7为第二绝缘支架与注入线固定图

图8为一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路的阻抗数据分析方法流程图；

图9为冲击电流发生器波形；

图10为导线与杆塔垂直设置时输入杆塔冲击电流波形图。

图示：冲击电流发生器1、注入线2、杆塔地线横担3、耐张串4、地线安装孔5、电流测量装置6、第一绝缘支架7、第二绝缘支架8、杆塔导线横担9、接地电缆10、塔脚11、第三绝缘支架12、电压测量装置13、导线14、第四绝缘支架15、底座16、抱箍17、U型螺栓18、L型筒式绝缘支架19。

具体实施方式

本实施方式提出的一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路，包括：冲击电流发生器1、注入线2、电流测量装置6和电压测量装置13。

冲击电流发生器1的高压端通过注入线2连接杆塔地线横担3，电压测量装置13的高压端通过导线14连接杆塔塔顶，导线14通过第四绝缘支架15支撑固定。冲击电流发生器1的低压端和电压测量装置13的低压端均通过接地电缆10连接杆塔塔脚11，且注入线2和接地电缆10均架空设置。

本实施方式中，第四绝缘支架15与杆塔等高，实现导线14与杆塔中心线的垂直，且第四绝缘支架15与杆塔的距离大于杆塔的高度，，导线14位于第四绝缘支架15和杆塔之间的线段水平设置且长度大于杆塔的高度，从而大幅度降低杆塔与注入线之间的电磁耦合。

电流测量装置6设置在注入线2靠近杆塔的一端。具体实施时，注入线2靠近杆塔的一端设有接线端子，接线端子与杆塔塔顶连接，以保证注入线2与杆塔之间的稳定连接，从而保证实验回路内的电流稳定。电流测量装置6具体可设置在注入线2与杆塔连接处，即电流测量装置6连接接线端子以采集电流信号。

本实施方式中，杆塔的各个塔脚11均通过接地电缆10连接冲击电流发生器1的低压端和电压测量装置的低压端

具体的，本实施方式中，接地电缆10采用电阻较低的铜带或者铜线，且接地电缆10通过多个第三绝缘支架12悬空设置。接地电缆10离地高度至少为50cm。

电流测量装置6采用罗氏线圈，电压测量装置采用分压器。

本实施方式中，还包括设置在地面上的第一绝缘支架7和设置在杆塔导线横担9上的第二绝缘支架8，第一绝缘支架7用于对注入线2的近地端进行固定，第二绝缘支架8用于支撑注入线2。

第一绝缘支架7与杆塔之间的距离大于杆塔的高度，即，第一绝缘支架7中心线与杆塔的中心线之间的距离大于杆塔的高度，且第一绝缘支架7于杆塔等高。

本实施方式中，位于第一绝缘支架7和第二绝缘支架8之间的注入线2与杆塔的越接近垂直，电磁场干扰越小。具体实施时，通过第一绝缘支架7和第二绝缘支架8对注入线2进行设置，可保证位于第一绝缘支架7和第二绝缘支架8之间的注入线2与杆塔中心线之间的夹角接近90度。具体实施时，通过第一绝缘支架7的高度设置，可实现位于第一绝缘支架7和第二绝缘支架8之间的注入线2水平设置，即该段注入线2与杆塔中心线垂直设置，以实现最小的电磁场干扰。

同时，具体实施时，为了增加第一绝缘支架7与杆塔之间的距离，冲击电流发生器1应尽量远离杆塔设置，冲击电流发生器1与杆塔之间的距离至少大于杆塔的高度。且，本实施方式中，注入线2与导线14之间的夹角为90度。

本实施方式中，第二绝缘支架8由设置在杆塔导线横担9上的L型筒式绝缘支架19和设置在所述L型筒式绝缘支架19背离杆塔一端的装U型螺栓18组成，L型筒式绝缘支架19采用环氧树脂材料。注入线2穿过所述U型螺栓并固定。具体的，本实施方式中，在杆塔导线横担上安装固定底座16，L型筒式绝缘支架短端通过抱箍17与固定底座16锁定连接，U型螺栓18设置在L型筒式绝缘支架19长端。

具体的，本实施方式中，注入线2采用外层包裹有绝缘层的铝绞线。注入线2靠近杆塔的一端通过设置在杆塔上的耐张串4固定，以便对注入线2进行绝缘保护和支撑。具体的，本实施方式中，耐张串4安装于杆塔塔顶的地线安装孔5上。耐张串4包括：QP-7球头、绝缘子串、W-7碗头、Z-7直角挂板、楔形线夹和两个U-0770挂环。耐张串的安装方式为：在杆塔顶端的地线安装孔5上安装一个U-0770挂环，所述U-0770挂环通过另一个U-0770挂环连接设置在绝缘子串上端的QP-7球头，设置在绝缘子串下端的W-7碗头通过Z-7直角挂板连接楔形线夹，楔形线夹用于固定注入线2并使注入线2伸出至少1m到1.5m长作为活头，所述活头的前端绝缘层剥开以裸露线芯即铝绞线，所述线芯通过接线端子与杆塔塔顶连接。

本实施方式中还提出了一种基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路的阻抗数据分析方法，包括以下步骤。

S1、设置本实施方式提供的基于杆塔冲击阻抗测量的试验回路，通过电流测量装置6和电压测量装置13采集电气数据，电气数据包括电流和电压。

S2、对采集的电气数据进行筛选，筛选出的具有相同的时间长度和测量精度的电流数据和电压数据。

具体时，根据电流波形和电压波形进行数据筛选，选取电流测量装置采集的雷电流和电压测量装置采集的杆塔瞬态电压波形，并保证选取的电流数据对应的波形峰值在电流测量装置量程内，电压数据对应的波形峰值在电压测量装置量程内，以保证测量精度。

S3、对筛选出的电流和筛选出的电压进行滤波处理，然后对滤波后的电流和电压进行傅里叶变化，分析信号的频率组成，并计算频域阻抗。

具体的，本实施方式中，根据电流测量装置的带宽及噪声对电流数据对应的波形进行滤波处理，根据电压测量装置的带宽及噪声对电压数据对应的波形进行滤波处理，具体采用低通滤波。

本实施方式中，对波形进行傅里叶变化，确定冲击信号的频率范围，采用≥10T的截止频率进行滤波获取有用信号。对滤波之后的时域波形进行傅里叶变化并求解：对电压、电流波形进行傅里叶变化，分析信号的频率组成，在频域下求解阻抗值。其计算公式由下式(1)表示：

其中：V(ω)为频域电压信号，I(ω)为频域电流信号。

以下，对本实施方式中，第四绝缘支架15的设置效果进行验证。

实施例1

本实施例中，按照图3建立仿真模型。

本实施例中，对第四绝缘支架15的高度设置进行验证。具体的，仿真过程中，仅改变第四绝缘支架15的高度以改变注入线2与杆塔之间的夹角。

本实施例中，当冲流发生器电流峰值为80.6A时，信号波形如图9所示，采用导线14与杆塔垂直设置，此时，输入杆塔冲击电流峰值约为77.3A，信号波形如图10所示。而导线14与杆塔分别成60°、45°、30°夹角时，采用同样的冲流发生器，受电磁耦合影响，输入杆塔冲击电流峰值为59.9A、56.0A、54.1A，分别仅为采用垂直设置时输入杆塔冲击电流的77.5％、72.4％、69.9％。

实施例2

本实施例中，按照图3建立仿真模型。

本实施例中，对第四绝缘支架15与杆塔之间的距离设置进行验证。具体的，仿真过程中，仅改变第四绝缘支架15与杆塔之间的距离。

本实施例中，当冲流发生器电流峰值为79.9A时，第四绝缘支架15与杆塔之间的距离与杆塔高度相同时，注入杆塔冲击电流峰值为69.2A；第四绝缘支架15与杆塔之间的距离为杆塔高度的一半时，注入杆塔冲击电流峰值为63.2A。可见，第四绝缘支架15与杆塔之间的距离小于杆塔高度设置时，注入杆塔冲击电流受距离影响较大。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。