一种架空输电线路雷击闪络的预警方法

摘要

本发明是一种架空输电线路雷击闪络的预警方法，其采用(1)大气电场仪探测输电线路附近存在雷云电场，启动预警程序；(2)查询当前时刻之前一段时间的雷电发生信息；为输电线路设置不同距离的缓冲区，输出雷击预警信息；(3)根据输电线路耐雷参数确定发生雷击闪络的危险雷电流范围；查询从预警开始到当前时刻的雷电发生信息，用雷击闪络风险评估程序，确定符合危险雷电流范围的雷电数量，计算该雷电数量与雷电发生总量的比值；(4)若比值大于0，则发出预警信息，然后转入步骤(5)；若比值为0，则不发出预警信息，转入步骤(5)；(5)如探测到输电线路附近雷云电场未消失，则转到步骤(2)；如探测到输电线路附近雷云电场消失，则结束预警程序。

说明书

技术领域

本发明涉及输电线路雷击预警方法，特别是一种架空输电线路雷击闪络的预警方法，其适用于电力系统110kV以上电压等级的架空输电线路雷击闪络预警。

背景技术

众所周知，雷电会给人类的生产和生活造成很多困难和不便。从古至今，雷电以其巨大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难。而今，电力系统作为人类社会发展国民经济的重要支柱，其用于输送电能的架空输电线路分布很广易遭受雷击。据有关资料介绍，由雷击造成的直接损失和间接影响都十分巨大。申请人在从事电力系统输电线路雷击预警的研究中发现，当架空输电线路遭受雷击时，一旦雷电强度超过线路绝缘耐受能力时，会造成绝缘闪络，从而可能造成绝缘设施损坏、线路停电等故障，直接影响输电线路的安全稳定运行和供电用电的安全可靠性。申请人认为，对架空输电线路可能出现的雷击闪络进行有效的预警，是可以帮助电力系统调度人员在雷击即将来临时采取积极的应对办法，优化调度电能输送，减小供电损失风险，同时，也可帮助架空输电线路运行维护部门提前做好应对雷击故障的措施准备，提高架空输电线路雷害应对能力。

现有的雷电预警方法及系统，主要是利用大气电场探测设备、雷电探测设备和气象探测系统对雷云的运动趋势进行判断，根据雷云临近的程度发出预警，其主要不足在于，只是对一定区域在未来的时间段内发生雷电可能性的预警，而没有考虑到要针对具体的被保护对象的耐雷能力进行遭受雷击后导致产生损害可能性的预警。应该肯定架空输电线路具有一定的耐雷能力，只有雷电流强度达到某一定值，其所产生在一定范围内的雷击才可能导致架空输电线路发生雷击闪络。由此可以推论，只根据雷云运动趋势是无法对架空输电线路的雷击闪络进行有效的预警。如《广西气象》2003年第2期上发表的文章“广西雷电实时监测预警系统”提出的雷电实时监测预警系统是通过对各时段闪电出现次数、强度、雷达回波强度及叠加图像的动态分析研究，以期实现对雷电天气的实时监测、定位和趋势预警作用。申请人在研究中发现，该雷电实时监测预警系统的构想存在不足，其预警效果并不理想。

中国专利文献(专利号03218711.4)公开的《简易型雷暴预警装置》，主要由垂直天线振子、双通道接收机、大气平均电场仪、连接电缆及数据采集处理器构成，据该专利文献介绍，其能探测50公里范围内雷暴产生的大气电场强度及闪电放电次数，监测雷暴的发展活动。申请人发现，该装置存在明显的不足：只能监测雷暴的发展活动，无法给出地闪活动的强度，也没有考虑具体被保护对象的耐雷能力，其产生的后果是无法对架空输电线路雷击闪络进行有效的预警。

中国专利文献公开的《区域性雷电预警方法》(申请号200310116065.4)提出：首先根据大气电场仪确定在所需监测的雷电重点防区范围内是否存在由雷雨云产生的电场，然后，利用甚高频接收机监测在所需监测的雷电重点防区范围内是否存在由雷雨云产生的甚高频电磁辐射波，最后，在同时监测到雷雨云产生的电场和甚高频辐射波的情况下发出雷电报警。该方法是为了克服现有甚高频云闪多站定位系统的设备复杂、成本高、且采用干涉法定位存在相位模糊性的缺点，以及大气电场仪会出现虚报的不足而提出的。其构想是有一定的可行性，但存在的不足是：没有针对特定的被保护对象，以及没有考虑具体被保护对象的耐雷能力，因而无法实现对架空输电线路发生雷击闪络的可能性进行有效的预警。

发明内容

本发明的目的是，针对现有技术的不足，进行改进，提出并研究一种架空输电线路雷击闪络的预警方法。

本发明的技术解决方案是，采用大气电场仪探测输电线路附近选定或确定范围内的雷电电场，运用雷电定位系统收集的雷电发生信息，以危险雷电流为依据，对输电线路雷击闪络进行预警，其特征在于，采用预警程序对输电线路雷击闪络进行预警，预警程序包括输电线路雷击预警程序、电网雷击闪络风险评估程序，对输电线路雷击闪络进行预警的基本步骤如下：

(1)采用大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场，在确定输电线路附近存在雷云电场后启动输电线路雷击预警程序；

(2)在输电线路附近选定或确定的范围内，根据雷电定位系统收集的雷电发生信息，查询当前时刻之前一段时间内的雷电发生信息；为输电线路设置不同距离的缓冲区，确定包含查询结果中任一雷电的最小缓冲区；并以该缓冲区大小确定雷击预警级别，输出雷击预警级别信息；

(3)根据输电线路的耐雷参数确定可使其发生雷击闪络的危险雷电流范围；根据雷电定位系统收集的雷电发生信息，在输电线路附近一定范围内查询从预警开始到当前时刻的雷电发生信息，启动电网雷击闪络风险评估程序，将查询到的雷电信息采用电网雷击闪络风险评估程序进行处理，以雷电流为依据实时确定符合危险雷电流范围的雷电发生数量，并计算该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值；

(4)若基本步骤(3)中该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值大于0，则以该比值为预警值发出预警信息，然后转入步骤(5)；若基本步骤(3)中该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值为0，则不发出预警信息，然后转入步骤(5)；

(5)如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场未消失，则转到步骤(2)；如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场消失，则结束此次预警，并结束电网雷击闪络风险评估程序和输电线路雷击预警程序。

其特征在于，雷击预警级别信息包括有红色警报、黄色警报、蓝色警报三个等级的信息。

其特征在于，大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场需要给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值。

其特征在于，大气电场仪判断雷云电场存在的阈值是根据不同地区在标准测量状态下(平原，平地，无尖端效应)有雷电发生情况下的最小场强绝对值设定的。

其特征在于，给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值为±0.4kv/m。

本发明的优点是，构想合理，简便可行，具有很好的操作性和实用性。通过利用大气电场仪探测到的雷云电场存在的实际情况和雷电定位系统获取雷电发生信息，启动输电线路雷击预警程序，并针对架空输电线路这一特定保护对象，同时考虑输电线路耐雷能力，实现架空输电线路雷击闪络现象的有效预警。本发明通过大气电场仪探测并确定被保护区域输电线路附近是否存在雷云感应的电场，以启动利用雷电监测网中的输电线路雷击预警程序进行被保护区域已发生地闪的查询，统计区域内从预警开始到当前时刻危险电流范围内的雷电数量比率，并依据该比率发出该线路雷击闪络预警信息，其结果是，能很好地解决目前雷电预警中存在的“只能监测雷暴的发展活动，无法给出地闪活动的强度，没有考虑具体被保护对象的耐雷能力，无法对架空输电线路雷击闪络进行预警的问题”。

附图说明

图1、本发明采用的预警步骤示意原理图

图2、本发明采用大气电场仪监测结果示意图

具体实施方式

下面，根据附图详细描述本发明的实施例。

如图1图2所示，本发明采用大气电场仪探测输电线路附近选定或确定范围内的雷电电场，运用雷电定位系统收集的雷电发生信息，以危险雷电流为依据，对输电线路雷击闪络进行预警，采用预警程序对输电线路雷击闪络进行预警，预警程序包括输电线路雷击预警程序、电网雷击闪络风险评估程序。下面是本发明针对2009年3月20日所发生的一次雷暴过程进行输电线路雷击闪络预警试验。采用以220kV架空输电线路一个档距为预警实例。本发明具体实施时，按照以下步骤进行：

第一步，开启该输电线路附近的大气电场仪，探测线路附近存在的雷云电场，运用雷电定位系统获取和收集雷电发生信息。大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场需要给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值。须知，大气电场仪判断雷云电场存在的阈值是根据不同地区在标准测量状态下(平原，平地，无尖端效应)有雷电发生情况下的最小场强绝对值设定的。通常，给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值为±0.4kv/m。在本实例中，设置该大气电场仪确定雷云电场存在的阈值为4kv/m。图2给出的大气电场仪监测结果表明，根据当时大气电场仪实时监测值已经超过阈值，这说明在该输电线路附近存在雷云电场，在确定该输电线路附近确实存在雷云电场后，启动输电线路雷击预警程序，启动时间在07:05。

第二步，根据雷电定位系统查找输电线路附近选定或确定的范围内雷电发生信息，给出雷击预警级别信息。具体做法是，根据雷电定位系统在输电线路该档距附近30km范围内查询当前时刻近10分钟内的雷电发生信息。为输电线路设置不同距离的缓冲区，在此实例中设置线路10km、20km、30km范围内三个缓冲区。然后，确定包含查询结果中任一雷电的最小缓冲区，即按从小到大顺序，依次在10km、20km、30km范围查找雷电，只要在某个范围内查找到雷电则停止后续查找，并以该缓冲区大小等级确定雷击预警级别(在此例中三个等级对应关系为10km-红色警报，20km-黄色警报，30km-蓝色警报)，输出雷击预警级别信息。

第三步，根据雷电定位系统查询距离该档距30km范围内从预警开始到当前时刻的雷电发生信息，实时查询结果汇总如表1所示。

表1：雷电定位系统监测信息

启动电网雷击闪络风险评估程序，将查询到的雷电信息采用电网雷击闪络风险评估程序进行处理，以雷电流为依据实时确定符合危险雷电流范围的雷电发生数量，并计算该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值；经雷击闪络评估，该档距绕击和反击危险电流为12～20kA和≥110kA，也即雷电流处在此区间的雷电可能会使该线路发生雷击闪络。统计从启动预警开始到当前时刻，处在输电线路危险电流范围内的雷电数量与雷电发生总数量的比值；例如，由图2电场仪预警情况知，此次雷暴预警在07:05开始，那么根据表1，截至07:08:29时刻发生了序号从2～6的共5个雷电，其电流分别为26.5kA，-46.4kA，-30.2kA，-22.1kA，-16.0kA。在这5个雷电中，对该输电线路有绕击和反击危害的，即电流属于12～20kA或≥110kA区间的仅有第6号雷电，从而此时刻雷电流范围的雷电数量与雷电发生总数量的比值为1/5＝20％；依次类推，可得出如表2的每个时刻的电网雷害预警结果。

表2电网雷害预警结果

第四步，在每个时刻计算预警值，若该比值大于0，以该比值为预警值发出预警信息，若该比值为0(满足不大于判断条件)，则不发出预警信息，并进入下一步骤，判断电网雷击闪络风险评估程序是否需要结束。

第五步，查看大气电场仪监测数据，如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场未消失，则继续进行预警，电网雷击闪络风险评估程序，输电线路雷击预警程序继续实时运行；如果如图2所示，在08:00时刻大气电场仪探测值渐渐回复到正常大气电场水平，即大气电场仪探测值已回到阈值以内，说明输电线路附近雷云电场消失，结束预警程序，此次预警结束。