一种输电线路雷电故障诊断方法、系统及存储介质与流程

本技术涉及输电线路防雷与故障诊断的，尤其涉及一种输电线路雷电故障诊断方法、系统及存储介质。

背景技术：

1、随着输电线路覆盖范围向多雷暴、强对流区域延伸，雷电已成为引发线路跳闸、绝缘子击穿及避雷器损坏的主要诱因之一，雷电故障的快速诊断与精准归因对保障电网安全运行、指导防雷设施配置具有重要意义。

2、现有针对输电线路雷电故障的诊断方案，多依赖杆塔处的故障录波装置与雷电定位系统采集雷击电流波形及落雷位置，再结合人工巡检对受损设备进行事后查验；部分方案还引入了图像监测装置，对线路走廊进行视频记录，并在故障发生后调取相应时段的图像辅助判断设备状态。

3、然而，一次雷击事件往往由时间间隔极短的多次回击（即多级雷击放电）连续构成，上述方案通常仅将整次雷击作为单一事件处理，难以将连续回击拆分为依次发生的各级雷击，更无法将各级雷击与设备损伤在时间轴上一一对应；同时，电流波形所反映的雷击强度与视频所反映的设备损伤之间缺乏统一时间基准下的关联，导致难以判断损伤究竟由哪一级雷击造成，对此情况有待进一步改善。

技术实现思路

1、本技术提供了一种输电线路雷电故障诊断方法、系统及存储介质，用于将一次雷击事件中的多级雷击放电拆分并分别与线路设备损伤在统一时间基准下对应、从而确定各级雷击各自致灾贡献，便于后续输出针对性的避雷设施优化建议。

2、第一方面，本技术提供了一种输电线路雷电故障诊断方法，所述方法包括：

3、控制输电线路杆塔的微拍机对线路走廊进行静默视频录制，得到本地静默视频；

4、通过所述微拍机的雷电检测模块实时采集环境雷电电磁脉冲信号、强光突变信号及电压电流波动信号，基于多维信号判定雷击事件，并从所述多维信号的时序波形中拆分出多级雷击放电过程，得到各级雷击的发生时刻及强度；

5、当判定发生雷击事件时，触发将雷击时段的视频实时回传至监控中心，得到雷击实时视频；

6、将所述雷击实时视频与所述本地静默视频中雷击前时段的视频逐帧比对，得到线路设备的状态变化时序；

7、将所述各级雷击的发生时刻与所述状态变化时序按时间轴对齐，确定各级雷击对应的故障点位及危害程度，生成故障诊断结果。

8、在上述实施例中，本技术先由杆塔微拍机对线路走廊进行静默视频录制并在本地循环存储；同时通过雷电检测模块实时采集电磁脉冲、强光突变及电压电流波动等多维信号，依据多维信号联合判定雷击事件，并从多维信号的时序波形中将连续回击拆分为依次发生的多级雷击放电，得到各级雷击的发生时刻与强度；当判定发生雷击时，触发将雷击时段视频实时回传监控中心，再与雷击前时段视频逐帧比对得到设备状态变化时序，最后将各级雷击发生时刻与状态变化时序按时间轴对齐，确定各级雷击对应的故障点位及危害程度；不仅改善了传统方案只能笼统归因的不足，将故障归因细化到各级雷击层面，还借助多维信号联合判定与实时回传机制，减少了误判并缩短了故障诊断与定位的时间。

9、在一些实施例中，所述确定各级雷击对应的故障点位及危害程度，具体包括：

10、在所述状态变化时序中定位与对应级别雷击的发生时刻相对应的损伤变化，

11、将所述损伤变化所在的线路设备目标区域确定为对应级别雷击的故障点位，其中，两级或两级以上雷击对应于同一目标区域时，确定为对应到同一故障点位；

12、根据所述多维信号中各级雷击的脉冲幅值确定对应级别雷击的冲击强度；

13、根据相邻雷击脉冲的时间间隔确定对应级别雷击的作用时长；

14、将对应级别雷击发生时刻所对应时段内所述状态变化时序中线路设备的损伤变化量与对应级别雷击相关联，按所述冲击强度、所述作用时长及关联损伤变化量计算对应级别雷击对故障的危害贡献度，根据所述危害贡献度确定各级雷击对应的危害程度。

15、在上述实施例中，本技术在状态变化时序中定位与各级雷击发生时刻对应的损伤变化，将其所在目标区域确定为该级雷击的故障点位，并在多级雷击指向同一区域时归并为同一故障点位；在此基础上，由于仅依据落雷与否或单一电流幅值评价雷击危害，难以体现不同回击在冲击强度、作用时长及实际致损上的差异，例如两记幅值相近的雷击可能因作用时长不同而造成程度迥异的损伤，传统方案对此无法区分；本技术根据多维信号中各级雷击的脉冲幅值确定其冲击强度，根据相邻雷击脉冲的时间间隔确定其作用时长，并将各级雷击发生时刻所对应时段内设备的损伤变化量与该级雷击相关联，按冲击强度、作用时长与关联损伤变化量综合计算该级雷击对故障的危害贡献度；将雷击危害评价从单一维度扩展为强度、时长与实测损伤相结合的多维量化，使各级雷击的致灾贡献具备可比性，提高了故障归因的客观程度。

16、在一些实施例中，所述触发将雷击时段的视频实时回传，具体包括：

17、响应于雷击事件的判定，从所述微拍机的本地存储中回溯调取雷击发生时刻之前预设时段的静默视频、雷击全过程视频及雷击发生时刻之后缓冲时段的静默视频并一并回传；

18、所述雷击前时段的视频取自所述回溯调取的、雷击发生时刻之前预设时段的静默视频，作为状态比对的基准帧来源。

19、在上述实施例中，本技术在判定雷击事件后，从微拍机本地存储中回溯调取雷击发生时刻之前预设时段的静默视频、雷击全过程视频以及之后缓冲时段的静默视频并一并回传，其中击前时段视频作为状态比对的基准帧来源；借助本地回溯调取降低了对实时通信带宽的依赖，提高了故障数据的完整性与可比性。

20、在一些实施例中，所述从所述多维信号的时序波形中拆分出多级雷击放电过程，得到各级雷击的发生时刻及强度，具体包括：

21、对所述环境雷电电磁脉冲信号、强光突变信号及电压电流波动信号进行同步采样，得到各信号在统一时间基准下的时序波形；

22、当所述电磁脉冲信号和/或所述电压电流波动信号的幅值超过预设雷击阈值，且所述强光突变信号在同一时间窗内同步出现突变时，判定对应时刻发生一次放电脉冲，并将各信号突变时刻的联合时间基准确定为对应放电脉冲的发生时刻；

23、对于时序上相邻的两个放电脉冲，当二者的时间间隔大于预设分级间隔阈值，且在两个放电脉冲之间的信号幅值回落至预设基线区间后重新越过所述预设雷击阈值时，判定后一放电脉冲为新一级雷击放电，从而将一次雷击事件内的连续脉冲序列按时间先后拆分为依次发生的多级雷击放电；

24、将每一级雷击放电对应放电脉冲的发生时刻确定为对应级别雷击的发生时刻，并根据对应级别雷击放电对应信号波形的峰值幅值与对应波形在持续时段内的积分量，共同确定对应级别雷击的强度，所述峰值幅值表征对应级别雷击的瞬时冲击强度，所述波形对时间的积分量表征对应级别雷击的放电电荷量，所述波形平方对时间的积分量表征对应级别雷击的放电能量。

25、在上述实施例中，本技术对电磁脉冲、强光突变及电压电流波动信号同步采样得到统一时间基准下的波形，当电磁脉冲和/或电压电流波动幅值超过雷击阈值且强光突变在同一时间窗同步出现时判定一次放电脉冲，并将各信号突变的联合时间基准作为其发生时刻；对相邻脉冲，在时间间隔大于分级间隔阈值且信号幅值回落基线后重新越限时判定为新一级雷击，从而将连续脉冲序列按先后拆分为多级雷击放电，再以波形对时间的积分量表征对应级别雷击的放电电荷量，波形平方对时间的积分量表征对应级别雷击的放电能量；不仅改善了连续回击难以拆分的问题，还通过多信号同步与基线回落判据减少了误拆与漏拆，使瞬时冲击强度与放电能量得以分别表征。

26、在一些实施例中，所述分级间隔阈值取自相邻两次雷击放电的典型时间间隔，所述基线区间为放电前环境信号的稳态波动范围；拆分得到的多级雷击放电为依次发生的一次雷、二次雷、三次雷及四次雷中的两级或两级以上。

27、在上述实施例中，本技术将分级间隔阈值取自相邻两次雷击放电的典型时间间隔，将基线区间设为放电前环境信号的稳态波动范围，并明确拆分结果为依次发生的一次雷、二次雷、三次雷及四次雷中的两级或两级以上；提高了对实际连续回击场景的适应性，改善了分级结果的稳定性。

28、在一些实施例中，所述方法还包括：

29、按杆塔及线路扇区累计存储各次雷击事件的发生时刻、各级雷击的危害贡献度及故障诊断结果，形成区域雷击台账；

30、基于所述区域雷击台账识别高频雷击杆塔及高致灾雷击层级，并输出针对性的避雷设施优化建议。

31、在上述实施例中，本技术按杆塔及线路扇区累计存储各次雷击事件的发生时刻、各级雷击危害贡献度及诊断结果形成区域雷击台账，并据此识别高频雷击杆塔与高致灾雷击层级，输出针对性的避雷设施优化建议；将单次诊断结果沉淀为可统计的区域台账，使防雷资源的配置从凭经验转向有数据支撑，提高了防护措施的针对性。

32、在一些实施例中，所述方法还包括：

33、当从一次雷击事件中拆分出的两级或两级以上雷击放电的发生时刻落入所述雷击实时视频的同一视频帧或相邻视频帧内，将对应视频帧标记为多级雷击合并帧；

34、利用所述统一时间基准下各级雷击放电的发生时刻，将所述多级雷击合并帧所对应的曝光时段按各级雷击放电的发生时刻划分为依次对应各级雷击放电的子时段，建立所述多级雷击合并帧与其内各级雷击放电之间的时序映射关系；

35、将所述多级雷击合并帧相对位于所述多级雷击合并帧之前的视频帧所反映的线路设备损伤变化量，确定为所述雷击合并帧所涉各级雷击放电的合并损伤变化量；

36、根据所述峰值幅值与所述波形平方对时间的积分量共同确定的各级雷击强度之间的比例，依据所述时序映射关系将所述合并损伤变化量在所述多级雷击合并帧所涉的各级雷击放电之间进行分配，得到各级雷击放电各自关联的损伤变化量；

37、基于所述各级雷击放电各自关联的损伤变化量，计算对应级别雷击对故障的危害贡献度。

38、在上述实施例中，由于多级回击时间间隔可短至毫秒级而视频帧率有限，当两级以上雷击落入同一或相邻视频帧时，该帧仅能反映合并后的损伤变化，无法直接区分各级雷击各自造成的损伤，例如同帧内两记回击的损伤被笼统计为一次变化；本技术将此类视频帧标记为多级雷击合并帧，利用统一时间基准下各级雷击发生时刻将该帧曝光时段划分为对应各级雷击的子时段以建立时序映射，将合并帧相对其前一帧的损伤变化量确定为合并损伤变化量，再按各级雷击峰值幅值与积分量所定强度之间的比例，依据时序映射将合并损伤变化量在各级雷击间分配，得到各级雷击各自关联的损伤变化量并据此计算危害贡献度；不仅补足了视频帧率不足时同帧多级雷击无法分别归因的不足，还借助信号侧高精度时刻与强度比例实现损伤的逐级分摊，提高了密集回击场景下故障归因的完整性。

39、在一些实施例中，所述方法还包括：

40、针对同一杆塔或同一线路区段，按雷击层级分别累计多次雷击事件中各级雷击放电所关联的所述危害贡献度，所述雷击层级包括按发生先后划分的首次雷击层级与后续雷击层级；

41、根据累计结果计算所述杆塔或线路区段中各雷击层级的危害贡献度占比，将占比最高的雷击层级确定为对应杆塔或线路区段的主导致灾雷击层级；

42、当所述主导致灾雷击层级为所述后续雷击层级时，输出指向连续回击防护能力的避雷设施优化建议；

43、当所述主导致灾雷击层级为所述首次雷击层级时，输出指向首次雷击防护能力的避雷设施优化建议；

44、依据各杆塔或线路区段的主导致灾雷击层级及对应的危害贡献度占比，对多个杆塔或线路区段的避雷设施改造或巡检优先级进行排序。

45、在上述实施例中，本技术针对同一杆塔或线路区段按雷击层级累计多次事件中各级雷击的危害贡献度，计算各层级危害贡献度占比并将占比最高者确定为主导致灾雷击层级；当主导层级为后续雷击时输出指向连续回击防护能力的优化建议，为首次雷击时输出指向首次雷击防护能力的优化建议，并依据各点位的主导层级及占比对避雷设施改造或巡检优先级进行排序；从而将逐级危害数据转化为可指导差异化选型的层级占比，还使多点位的改造与巡检排序具备数据依据，提高了防雷投入的精准程度。

46、第二方面，本技术实施例提供了一种输电线路雷电故障诊断系统，包括部署于输电线路杆塔的微拍机，以及搭载于所述微拍机与电力监控中心的处理模块；所述处理模块包括：

47、静默录制模块，用于控制输电线路杆塔的微拍机对线路走廊进行静默视频录制，得到本地静默视频；

48、雷电检测与多级拆分模块，用于实时采集雷电电磁脉冲信号、强光突变信号及电压电流波动信号，基于多维信号判定雷击事件，并从所述多维信号的脉冲时序中拆分出多级雷击放电过程，得到各级雷击的发生时刻及强度；

49、本地存储管理模块，用于实现所述本地静默视频的循环覆盖存储及雷击事件触发的故障数据锁定；

50、应急传输模块，用于响应雷击事件触发，将雷击时段的所述静默视频实时回传至监控中心，得到雷击实时视频；

51、视频比对模块，用于将所述雷击实时视频与所述本地静默视频中雷击前时段的视频逐帧比对，得到线路设备的状态变化时序；

52、时间轴配准诊断模块，用于将所述各级雷击的发生时刻与所述状态变化时序按时间轴对齐，确定各级雷击对应的故障点位及危害程度，生成故障诊断结果。

53、第三方面，本技术实施方式提供一种计算机可读存储介质，包括指令，当上述指令在系统上运行时，使得上述系统执行如第一方面以及第一方面中任一可能的实现方式描述的方法。

54、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

55、1、通过多维信号联合判定与多级拆分，并将各级雷击发生时刻与视频反映的设备状态变化时序在统一时间基准下按时间轴对齐，将雷电故障归因从传统的笼统“遭雷击损坏”细化到各级雷击层面，改善了仅凭单次事件难以分辨致损回击的不足，提高了故障定位与归因的准确程度；

56、2、针对多级回击间隔短于视频帧间隔、两级以上雷击落入同一或相邻视频帧的情形，借助信号侧高精度发生时刻建立合并帧内各级雷击的时序映射，并按各级雷击强度比例将合并损伤变化量逐级分摊，补足了视频帧率不足时同帧多级雷击无法分别归因的不足，提高了密集回击场景下归因的完整性；

57、3、通过按雷击层级跨事件累计危害贡献度并计算层级占比以识别主导致灾雷击层级，将逐级危害数据转化为可直接指导避雷选型与运维排序的依据，使防雷资源配置从凭经验转向有数据支撑，提高了防护措施的针对性与防雷投入的精准程度。