雷電精確定位系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種雷電精確定位系統，包括設于輸電線路覆蓋的任意區域內的至少一個雷電定位監測站和一雷電定位信息接收站、設于區域內的連接輸電線的至少一個繼電保護裝置以及遠離所述區域的后臺數據中心，每一雷電定位監測站將采集到的數據通過無線通信方式發送給雷電定位信息接收站，雷電定位信息接收站將接收到的數據通過GPRS方式與后臺數據中心，每一繼電保護裝置分別通過GPRS方式與后臺數據中心連接，雷電定位信息接收站設有第一PTP時間同步模塊，每一繼電保護裝置分別設有第二PTP時間同步模塊，每一繼電保護裝置通過第二PTP時間同步模塊與第一PTP時間同步模塊的PTP單向通信，以自動實現與所述雷電定位信息接收站的時間同步。
【專利說明】雷電精確定位系統及方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及監測設備【技術領域】，尤其涉及一種雷電精確定位系統及方法。
【背景技術】
[0002] 以往，當電網輸電線路因雷擊發生跳閘事故，調度中心下達命令，由線路責任區 的單位出動大批巡線維護人員，根據人工保護故障測距結果，沿輸電線路逐桿排查故障 點。雷電頻繁區域通常處于山區地區，巡線維護人員翻山越嶺，費時費力。對于一些重點 線路的故障，可能造成延誤送電、減低電網安全穩定水平等嚴重后果。
[0003] 雷電定位系統是一整套全自動、大面積、高精度、實時雷電監測系統，能實時遙測 并顯示云對地閃擊的時間、位置、雷電流峰值和極性、回擊次數以及每次回擊的參數，雷擊 點的分時彩色圖能清晰的顯示雷暴的運動軌跡。通過利用雷電定位系統，線路發生雷擊跳 閘后，調度運行值班人員只需提供跳閘精確時間，線路責任區人員根據定位系統，查找該 時刻最有可能發生雷擊的桿塔位置，快速排查故障點，大大減輕了巡線維護工作人員的工 作強度。
[0004] 雷電定位系統在電力輸電線路防雷中起著很重要的作用：
[0005] 1)當線路雷擊跳閘時，雷電動態圖能提供較精確的雷擊故障點，避免全線巡視，縮 短搶修時間，減小了損失；
[0006] 2)積累某一地區雷電數據，這有助于準確掌握海南各地雷電密度分布，為線路設 計施工提供參考；
[0007] 3)從顯示屏上實時地掌握雷暴情況及其移動軌跡，有利于調度員采取必要的預防 措施。
[0008] 現有技術的雷電定位系統如圖1所示，在輸電線路覆蓋區域沿途部署雷電定位監 測裝置，雷電定位監測裝置通過無線通信協作，將信息傳輸給區域內的雷電定位LLS信息 接收站，由LLS信息接收站通過GPRS網絡將數據發給雷電定位系統傳的后臺數據中心。在 此過程中，雷電定位監測裝置主要記錄傳輸數據有：落雷坐標、落雷時間、雷電流強度、雷電 流極性等，其中，落雷時間為GPS記錄時間。
[0009] 當雷電災害在區域X發生時，處在該區域位置的雷電定位裝置LL2和LL3將采集 到的落雷信息無線傳輸給LLS信息接收站，通過LLS信息接收站將區域X內的落雷信息上 傳到雷電定位系統的后臺數據中心。
[0010] 對于反應于短路電流幅值增大而瞬時動作的電流保護，稱為電流速斷保護。為了 保證保護的選擇性，電流速斷保護措施一般只能保護線路的一部分。設于該區域X內的且 連接輸電線路A段和輸電線路B段的繼電保護裝置PR2在線路輸電過程中，因嚴重雷電災 害發生時，出現的電流增加、電壓升高或降低、頻率降低、溫度升高等現象，超過了繼電保護 裝置的整定值（給定值）或超限值后，迅速有選擇性發出跳閘命令將故障切除或發出報警， 斷開輸電線路A段和輸電線路B段的連接，從而減少故障造成的停電范圍和電氣設備的損 壞程度，保證電力系統穩定運行。跳閘記錄時間為繼電保護記錄時間。因此，在時間同步方 面存在繼電保護裝置PR2的跳閘時間和LLS信息接收站落雷時間的不統一問題。
[0011] 然而，統一時間是雷電定位系統精確定位的前提，實際生產中，部分線路跳閘時 間按照繼電保護記錄的時間（PRT)，而雷電定位系統記錄的是GPS時間，兩者之間存在數 分鐘的差異。時間不統一就會給故障點的查找帶來困難，不能精確定位出某個時間段發生 雷擊的范圍，降低故障排查的效率。
【發明內容】
[0012] 本發明的目的提供一種雷電精確定位系統和方法，通過在雷電定位信息接收站和 每一所述繼電保護裝置之間設定自動時間同步檢測機制，從而提高雷電定位與線路故障點 之間的時間精準性，提高巡線運維人員線路故障排查效率。
[0013] 為實現上述目的，本發明提供了一種雷電精確定位系統，
[0014] 包括設于輸電線路覆蓋的任意區域內的至少一個雷電定位監測站和一雷電定位 信息接收站、設于所述區域內的連接輸電線的至少一個繼電保護裝置以及遠離所述區域的 后臺數據中心，每一所述雷電定位監測站將采集到的數據通過無線通信方式發送給所述雷 電定位信息接收站，所述雷電定位信息接收站將接收到的所述數據通過GPRS方式與所述 后臺數據中心，每一所述繼電保護裝置分別通過GPRS方式與所述后臺數據中心以發送跳 閘記錄信息，所述數據包括落雷記錄時間，所述跳閘記錄信息包括跳閘記錄時間；所述雷電 定位信息接收站設有第一 PTP時間同步模塊，每一所述繼電保護裝置分別設有第二PTP時 間同步模塊，每一所述繼電保護裝置通過所述第二PTP時間同步模塊與所述第一 PTP時間 同步模塊的PTP單向通信，以自動實現其發送的跳閘記錄時間與所述雷電定位信息接收站 發送的落雷記錄時間的時間同步。
[0015] 作為上述技術方案的改進，每一所述雷電定位監測站設有無線發射模塊，所述雷 電定位信息接收站對應設有與所述無線發射模塊實現無線通信的無線接收模塊。
[0016] 作為上述技術方案的改進，所述雷電定位信息接收站設有第一 GPRS通信模塊， 每一所述繼電保護裝置設有第二GPRS通信模塊，所述后臺數據中心設有分別與所述第一 GPRS通信模塊和每一所述第二GPRS通信模塊進行GPRS通信的第三GPRS通信模塊。
[0017] 作為上述技術方案的改進，每一所述雷電定位監測站還包括分別與所述無線發射 模塊連接的信息采集模塊。
[0018] 作為上述技術方案的改進，每一所述繼電保護裝置還包括CPU系統以及分別與所 述CPU系統連接的模擬量輸入模塊、AD轉換模塊、人機接口模塊、電源以及開關量輸入/輸 出模塊，其中，所述開關量輸入/輸出模塊通過光電隔離設備與所述CPU系統連接，每一所 述繼電保護裝置通過其開關量輸入/輸出模塊與所述輸電線路連接。
[0019] 作為上述技術方案的改進，所述CPU系統包括CPU以及分別與所述CPU連接的 EPROM、RAM以及定時器。
[0020] 作為上述技術方案的改進，所述人機接口模塊包括但不限于打印機、顯示器、鍵盤 以及各種面板開關。
[0021] 作為上述技術方案的改進，所述第一 PTP時間同步模塊設有第一 PTP通信端口，每 一所述繼電保護裝置分別設有與所述第一 PTP通信端口實現PTP單向通信的第二PTP通信 端口。
[0022] 本發明還提供一種雷電精確定位方法，適用于上述雷電精確定位系統中，其特征 在于，包括步驟：
[0023] S1、繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發送的第一個Sync報文后，記錄所 述第一個Sync報文到達所述繼電保護裝置的時間點tik，并讀取和記錄所述第一個Sync報 文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第一個Sync報文的時間點；
[0024] S2、繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發送的第一個FollowUp報文后， 讀取和記錄所述第一個FollowUp報文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第二個 FollowUp報文的時間點C+T ;其中，T為預設的時間間隔；
[0025] S3、按照預先設置的循環檢測周期值nT，繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集 站發送的第二個Sync報文后，記錄所述第二個Sync報文到達所述繼電保護裝置的時間點 t^+1，并讀取和記錄所述第二個Sync報文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第二個 Sync報文的時間點tQk+1 ;
[0026] S4、繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發送的第二個FollowUp報文后， 讀取和記錄所述第二個FollowUp報文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第二個 FollowUp報文的時間點tQk+1+T ;
[0027] S5、繼電保護裝置通過內置的CPU系統，對接收到的Sync報文和跟隨報文中的時 間戳信息，結合自身相應時間，計算偏移量Tlteift ;
【權利要求】
1. 一種雷電精確定位系統，包括設于輸電線路覆蓋的任意區域內的至少一個雷電定位 監測站和一雷電定位信息接收站、設于所述區域內的連接輸電線的至少一個繼電保護裝置 以及遠離所述區域的后臺數據中心，每一所述雷電定位監測站將采集到的數據通過無線通 信方式發送給所述雷電定位信息接收站，所述雷電定位信息接收站將接收到的所述數據通 過GPRS方式與所述后臺數據中心，每一所述繼電保護裝置分別通過GPRS方式與所述后臺 數據中心以發送跳閘記錄信息，所述數據包括落雷記錄時間，所述跳閘記錄信息包括跳閘 記錄時間；其特征在于：所述雷電定位信息接收站設有第一 PTP時間同步模塊，每一所述繼 電保護裝置分別設有第二PTP時間同步模塊，每一所述繼電保護裝置通過所述第二PTP時 間同步模塊與所述第一 PTP時間同步模塊的PTP單向通信，以自動實現其發送的跳閘記錄 時間與所述雷電定位信息接收站發送的落雷記錄時間的時間同步。
2. 如權利要求1所述的雷電精確定位系統，其特征在于，每一所述雷電定位監測站設 有無線發射模塊，所述雷電定位信息接收站對應設有與所述無線發射模塊實現無線通信的 無線接收模塊。
3. 如權利要求2所述的雷電精確定位系統，其特征在于，所述雷電定位信息接收站設 有第一 GPRS通信模塊，每一所述繼電保護裝置設有第二GPRS通信模塊，所述后臺數據中心 設有分別與所述第一 GPRS通信模塊和每一所述第二GPRS通信模塊進行GPRS通信的第三 GPRS通信模塊。
4. 如權利要求3所述的雷電精確定位系統，其特征在于，每一所述雷電定位監測站還 包括與所述無線發射模塊連接的信息采集模塊。
5. 如權利要求1所述的雷電精確定位系統，其特征在于，每一所述繼電保護裝置還包 括CPU系統以及分別與所述CPU系統連接的模擬量輸入模塊、AD轉換模塊、人機接口模塊、 電源以及開關量輸入/輸出模塊，其中，所述開關量輸入/輸出模塊通過光電隔離設備與所 述CPU系統連接，每一所述繼電保護裝置通過其開關量輸入/輸出模塊與所述輸電線路連 接。
6. 如權利要求5所述的雷電精確定位系統，其特征在于，所述CPU系統包括CPU以及分 別與所述CPU連接的EPROM、RAM以及定時器。
7. 如權利要求5所述的雷電精確定位系統，其特征在于，所述人機接口模塊包括但不 限于打印機、顯示器、鍵盤以及各種面板開關。
8. 如權利要求1所述的雷電精確定位系統，其特征在于，所述第一 PTP時間同步模塊 設有第一 PTP通信端口，每一所述繼電保護裝置分別設有與所述第一 PTP通信端口實現PTP 單向通信的第二PTP通信端口。
9. 一種雷電精確定位方法，適用于如權利要求1?8中任一項所述的雷電精確定位系 統中，其特征在于，包括步驟： 51、 繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發送的第一個Sync報文后，記錄所述第 一個Sync報文到達所述繼電保護裝置的時間點?Λ并讀取和記錄所述第一個Sync報文中 攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第一個Sync報文的時間點； 52、 繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發送的第一個FollowUp報文后，讀取和 記錄所述第一個FollowUp報文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第二個FollowUp報 文的時間點t^+T ;其中，T為預設的時間間隔； 53、 按照預先設置的循環檢測周期值nT，繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發 送的第二個Sync報文后，記錄所述第二個Sync報文到達所述繼電保護裝置的時間點t， 1， 并讀取和記錄所述第二個Sync報文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第二個Sync報 文的時間點t,+ 1 ; 54、 繼電保護裝置接收到雷電定位信息收集站發送的第二個FollowUp報文后，讀取和 記錄所述第二個FollowUp報文中攜帶的雷電定位信息收集站發送所述第二個FollowUp報 文的時間點tc^+T ; 55、 繼電保護裝置通過內置的CPU系統，對接收到的Sync報文和跟隨報文中的時間戳 信息，結合自身相應時間，計算偏移量Iteift ;
56、 繼電保護裝置通過偏移量TMft的計算結果，記錄與雷電定位信息收集站中的GPS 時間之間的偏差ΔΤ ; 57、 按照預先設置的循環檢測周期值nT，循環接收雷電定位信息收集站發送的Sync報 文和FollowUp報文； 58、 繼電保護裝置實施線路故障保護措施時，記錄設備的繼電保護時間為PRT+ΛΤ' ；其 中，PRT為繼電保護裝置本身的跳閘記錄時間，ΛΤ'為執行m次LLS信息收集站系統與繼電 保護裝置的時間同步校驗檢測后所得的△ T的平均值。
10.如權利要求9所述的一種雷電精確定位方法，其特征在于，在Sl步驟前包括步驟： 通過GPRS通信指令，分別對雷電定位信息收集站和區域內的所有繼電保護裝置設定 統一的定義間隔時間T，以T為周期向區域內繼電保護裝置發出惟一的Sync報文。
【文檔編號】G01R31/08GK104391443SQ201410568864
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年10月22日 優先權日:2014年10月22日
【發明者】楊航, 郭曉斌, 許愛東, 李鵬, 陳華軍, 吳爭榮, 張廣清, 刑濤, 蔡淵 申請人:南方電網科學研究院有限責任公司, 海南電網公司