架空输电线路雷击闪络预警原理和方法
作者：刘维
来源：《电子技术与软件工程》2015年第21期
摘要就目前而言，架空输电线路的雷电预警方法都属于“被动性防雷”方法，只是对该地区雷电的发生与否进行预警，并不能真正地起到有效预警的作用。而相比之下，架空输电线路的雷击闪络预警方法却能够较为准确地确定雷云的走势，并根据实际探测到的雷云与线路之间的距离进行预估，从而实施雷电闪络预警。本文首先对国内外的研究现状进行了简要的概述，然后就架空输电线路在雷击闪络预警上的相关原理和方法进行了说明，并结合110kV线路实例具体分析了雷电预警的流程，希望能够给架空输电线路的雷击预警领域带来一定的帮助。
【关键词】架空输电线路雷击闪络预警措施卫星云图
随着社会经济的不断发展，人们对于电力的需要也与日俱增，可以说现代生活已逐渐离不开电力的支持。但是电力通常需要架空输电线路进行输送，这些线路组成的输电网在国内分布较广，并且线路较长，所以容易遭受雷击的危害。根据相关调查表明，雷击跳闸次数占总次数的五分之二，而雷击所造成的故障停运次数占总次数的五分之一，很显然雷电因素影响着输电线路的安全运行，所以我们应该重视这一问题。针对雷电所造成的问题，相关部门也提出了一些有效的防雷措施，用来保证架空输电线路的安全运行。但是，这些措施通常属于“被动性防雷”方面。众所周知，雷电在时间和空间分布上都具有不定性，并且其频率和强度也具有较大的变化，而现有的防雷措施却是一般意义上的防雷措施，无法真正地解决雷电问题。正因为如此，我们才需要研究“主动性防雷”，朝着雷击预警技术的方向努力。
从字面上理解，雷击预警技术就是采取相关技术，对雷击进行预警，从而作出适当的应对，并减少相应的损失。这种技术主要对线路的输电负荷进行动态调度，从而对可能受损的线路提前做好运维和维修。国内外的相关专家做了很多相关研究，比如有的通过雷达回波数据对雷暴的初始特点进行研究，有的则利用卫星云图的地闪定位结果进行分析，有的结合雷达资料和雷电温度进行研究，从而对雷电的情况进行把握，并对可能出现的雷击加以预防。架空输电线路自身有一定的耐雷性，线路结构、绝缘性、附近地形地貌、以及雷电自身的强度都是必须考虑在内的因素，这位这些因素都和雷电造成线路闪络有着较大的关系。所以由此我们不难看出，要是只对雷电活动进行预警，所起到的效果并不明显，所以这需要我们对架空输电线路雷击闪络预警这种方式进行研究。下面主要结合气象卫星云图、大气电场仪以及雷电监测网对雷击闪络预警方式进行分析。
1 架空输电线路雷击闪络预警原理和方法
线路在遇到雷击之后会出现闪络故障，而架空输电线路的雷击闪络预警就是可以在风险发生之前对其进行报警。这种预警方式主要是对三个方面进行预警，即雷电、雷击以及闪络进行预警。如果雷电出现在架空输电线路的引雷范围内，则线路又被雷电击中的概率。一旦架空输
电线路被雷电击中，且雷电引起的过电压超过线路的绝缘承受范围，就会出现“绝缘闪络”问题。所以这才需要考虑雷电、雷击以及危险程度这三点。其实架空输电线路出现雷击闪络的预警原理就是，通过雷电监测网和气象星云图对雷云的具体方位和走向进行监测，并结合需要保护的线路和雷云的距离，对雷电、雷击以及雷击闪络进行预警，从而保证架空输电线路的安全运行。
架空输电线路的相关预警流程可以分为六个先后步骤：
（1）对雷电监测网和气象云图的相关监测结果进行分析，并对雷云的走势做出恰当的预测，这样可以在雷云快要接近受保护线路时，就启动雷电预警程序。
（2）如果在距离架空输电线路30千米的情况下，大气电场仪探测到雷云电场的存在，工作人员就应该立即启动雷击预警程序。
（3）根据雷电定位系统的相关记录，对最近十分钟以内的雷电情况进行查询，如果发现雷电正在活动，就应该及时启动雷击预警程序。当然，要是雷云和架空线路有30km的距离，就发出黄色预警；雷云和架空线路有10km的距离，则发出橙色预警；如果二者之间只有1km 的距离，则应该发出红色预警。
（4）结合相关雷电信息，根据雷电流幅值对雷击闪络风险进行评估，并计算出可能造成雷击闪络的雷电数量，并对该雷电数量和雷电总数量的比值进行计算。
（5）对该比值进行分析，如果该比值大于0，则应该根据该比值发出雷击闪络预警信息，并进行第五步操作；如果该比值等于0，则不需要启动预警程序，并进行第三步操作。
（6）如果输电线路上空的雷云仍然存在，则应该进行第三步操作。如果雷云电场消失，就不需要启动雷击闪络预警，同时结束雷击预警。当雷云原理输电线路网之后，则应该结束线路雷电预警程序。
2 110kV线路的雷击闪络预警实例
220kV线路的最大短路电流为40kA，相比之下，110kV线路为31.5kA。通常情况下，当架空输电线路超大于最大短路电流的80%时，工作人员就应该采取限制措施。下面就拿陕西省汉中市某日的情况为例进行分析。根据雷电监测网以及气象卫星云图所监测到的具体情况，我们可以看到从早上09：00开始，雷电就在萦绕在天际；到10：00之后，雷云开始聚集；到11：30时，雷电又开始聚集；12：00的监测结果显示，雷云开始减少；12：30时，雷电远离了武汉的上空。而根据大气电场仪所记录的结果显示，输电线路在早晨09：50发生剧烈变化，并在11：20开始缓和，并逐渐走向平稳的状态。由于之前设置了电场预警阈值，所以大气电场仪在10：02启动预警，并在八点整结束了这一过程。不妨将预警的开始时间调到前十分钟，并在输电线路和雷电距离30千米时进行风险评估，从而发现当雷电流处于12-20kA之间，或者大于110kA时，会出现雷击闪络。当然，我们根据以上情况对可能造成雷击闪络的
雷电数量和总雷电的数量之间的比值进行计算，并在雷暴活动中实施雷击预警。根据当天的记录情况，我们可以了解到10：08到10：58时，输电线路处于雷击闪络报警，雷击预警直到八点结束，而雷电预警在11点结束。由于预警等级为黄色预警，所以代表雷电和输电线路之间有着30km的距离，再这样的距离下，线路受到雷击的概率较低。不过，这一预警程度在10：25达到最高，并逐渐下降直到预警结束，从中我们不难看出雷电强度的趋势就是先增后减，所以雷击闪络风险也是先增后减。
和以往的雷电预警方式相比，这种预警方式存在很多优点：
（1）根据雷电监测网监测到的信息，工作人员可以更加清晰地分辨雷云的分布情况，同时根据气象卫星云图的相关数据，工作人员可以更为精准地判断雷云的走势，从而使雷电预警变得更为精准。
（2）根据大气电场仪对雷云和受保护线路之间的距离进行判断，可以较为准确地测量二者的距离，从而确保预警的准确度。
（3）将预警分为各个等级，可以针对不同的情况做出不同的预警，确保线路的安全稳定运行。
3 结论
电力通常需要架空输电线路进行输送，这些线路组成的输电网在国内分布较广，并且线路较长，所以容易遭受雷击的危害。这就需要在雷电发生之前做出预警，保证输电线路的稳定。和以往的预警方法相比，架空输电线路的雷击闪络预警方法更加有效，能够准确地确定雷云的走势，并结合雷云与线路之间的距离进行风险预估，从而启动雷电闪络预警。
参考文献
[1]赵淳，陈家宏，谷山强等.山区复杂地形条件下输电线路雷击跳闸故障分析方法[J].电网技术，2011，35（12）：136-141.
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作者单位
国网汉中供电公司陕西省汉中市 723000
