郭 謖

（杭州市電力局，杭州 310009）

雷電是一種自然災害，輸電線路在遭受雷擊后，若雷電沖擊電流超過線路的耐雷水平，將會導致線路跳閘、絕緣子閃絡缺陷，甚至發(fā)生導、地線斷股及斷線等故障，造成線路停運。

臨安市是杭州西郊的的重雷區(qū)，通過對近幾年線路跳閘原因數據的統(tǒng)計，每年輸電線路因雷擊造成的跳閘次數與線路總跳閘次數的占比均達到90%以上。一旦發(fā)生線路跳閘，線路巡視人員需對線路進行全線巡視以查找故障點，并攀登桿塔查明缺陷情況。而雷擊的發(fā)生地點是不確定的，為查明線路雷擊缺陷點，運行人員往往要翻山越嶺逐基檢查桿塔，少則十幾基，多則幾十基，工作量十分巨大。

為快速、準確地定位線路雷擊故障點，臨安市供電局于2007年4月將雷電定位系統(tǒng)投入了本地化應用。4年多的應用表明，該系統(tǒng)能夠為故障巡視提供更多的依據和幫助，達到了縮小故障巡視范圍、降低巡視人員工作強度的目的。

1 基于輸電線路專業(yè)的雷電定位應用

1.1 雷電定位系統(tǒng)的組成及定位原理

雷電定位系統(tǒng)由雷電探測站、監(jiān)測中心服務器、通信網絡和用戶應用終端等部分組成，如圖1所示。

雷電發(fā)生時，雷電電磁波以光速向四周傳播，雷電探測天線將接收到雷電電磁波的信號。信號通過通信設備傳送到中心站的相應端口上，中心數據分析處理服務器對各路信號進行處理，根據多個探測站所測得的雷電波方向和到達時間差，經過計算、分析，便可測定雷擊發(fā)生點的經緯度。測得的雷擊位置以圖形方式直觀反映在用戶終端的地理信息系統(tǒng)中。生成的雷電圖形直接反映了雷擊發(fā)生的時間、經緯度、雷電流幅值和極性、回擊次數等參數。

圖1 雷電定位系統(tǒng)組成

1.2 雷電定位系統(tǒng)在輸電專業(yè)上的應用

輸電線路運行單位是雷電定位系統(tǒng)的主要用戶，需要事先對輸電線路桿塔的GPS坐標進行測量并錄入雷電定位系統(tǒng)的應用終端。

線路路徑錄入后也將以圖形方式顯示在地理信息系統(tǒng)中。作為用戶，可按照圖形化的線路路徑，根據需要對發(fā)生于線路周圍的雷擊點進行檢索和分析，以指導線路雷擊故障點的查找。

2 系統(tǒng)運行實例及問題分析

2.1 低落雷密度條件查詢實例及分析

2007年6月22日，調度通知110 kV青於線于17∶40保護動作跳閘，測距9.5 km，重合成功。當日為雷雨天氣，啟用雷電定位系統(tǒng)進行分析， 把查詢的時間段定為 17∶39∶00-17∶41∶00 共2 min的跨度，查詢范圍為沿線1 km半徑區(qū)域。

圖2 青於線雷電查詢結果

根據雷電定位顯示，在設定查詢條件內僅有一個落雷，如圖2所示，該落雷的時間與線路跳閘時間吻合，為17∶40∶40，雷電流較大，系統(tǒng)給出可能的雷擊桿塔號為32號-34號。同時，根據調度提供的故障測距，在雷電定位系統(tǒng)的線路路徑上進行距離測算，顯示為9.5 km處的32號塔。綜合以上信息，以32號塔為出發(fā)點，兩側各擴展2基桿塔，即以32號-30號、33號-34號的范圍和順序進行登桿檢查。經過實際巡視，很快發(fā)現31號塔A，B，C三相絕緣子發(fā)生雷擊閃絡。

以上是雷電定位系統(tǒng)在低落雷密度條件下支持查詢線路雷擊故障點的一次典型事例。

但在實際運行中，絕大多數的線路跳閘發(fā)生在高落雷密度的條件下，有時往往1 s內沿線就有多次雷擊，若查詢時間為2 min，則沿線的落雷點將達到幾十個甚至上百個，這對判斷線路雷擊故障點不僅不能形成提示，反而成為干擾。而過小的時間跨度有可能將實際雷擊點排除在外。因此，確定時間間隔是查詢準確的關鍵。

理想情況下，通過獲得精確至毫秒級的線路跳閘時間，再將查詢時間跨度適當擴大至前后若干秒，通過盡量小的時間跨度便可鎖定雷擊點。但實際上，由于各變電站內故障錄波、調度自動化等裝置與雷電定位系統(tǒng)之間的GPS時鐘存在誤差，各站（所）的GPS時間很難與雷電定位系統(tǒng)保持一致。以往實際線路跳閘查詢和分析表明，該誤差從幾毫秒到十幾秒不等。

3.2 高落雷密度條件查詢實例及分析

2008年8月22日14∶32，調度通知110 kV崗平線開關跳閘，重合成功，故障相為A相，測距13.2 km。啟用雷電定位系統(tǒng)進行分析，先將查詢時間段定為 14∶31∶00-14∶33∶00， 查詢范圍依然為沿線1 km半徑。結果顯示，沿線落雷達71個，且雷擊點基本沿全線分布，對實際雷擊位置無法做出判斷。

通過調度自動化系統(tǒng)獲知線路跳閘的精確時間為14∶32∶42.481，故將查詢時間間隔縮小至1 min， 即 14∶32∶00-14∶33∶00。 結果顯示沿線落雷45個，全線均有分布，依然無法對線路故障點位置給出有效提示。但觀察查詢結果，圍繞調度自動化系統(tǒng)提供的跳閘時間， 14∶32∶29-14∶32∶35和 14∶32∶47-14∶32∶53 均有較大跨越， 考慮系統(tǒng)時間誤差，再次縮小查詢時間條件，設定查詢時間段為 14∶32∶35-14∶32∶47， 結果顯示沿線有 19次雷擊，且在該時間段內，36號-38號塔附近出現了多次雷擊，系統(tǒng)提示幾次雷電幅值較大的雷擊點所處的耐張段均包含37號塔，因此，37號塔前后為故障點的可能性較大。啟用雷電定位系統(tǒng)中的桿塔測距功能進行測距，發(fā)現13.2 km處為36號塔前后。綜合以上信息，以37號塔為中心，兩側各擴展2基塔進行檢查，最終發(fā)現故障點為35號塔A相閃絡，而35號與37號之間的距離約為1 km。

從以上實例可以看出，選取適當查詢時間段十分重要。但從實際巡線結果來看，雷電定位系統(tǒng)中提示的雷擊點位置與線路實際發(fā)生雷擊的位置仍然存在較大偏差，該偏差主要來源于雷電波傳播過程中的波形變化和系統(tǒng)的計算誤差。同時，線路桿塔的GPS坐標也存在一定的測量誤差。因此，在測量和錄入線路桿塔GPS坐標時，應盡量提高其精度，從而減少誤差來源。

從以上分析可見，系統(tǒng)計算生成并反映在地理信息圖中的雷擊點并非實際位置，也就是說沿線路路徑分布的雷擊點，并不是距離線路越近其擊中線路的可能性越大。因此，在系統(tǒng)實際應用中，不能把雷擊點距離線路的遠近程度作為判定實際雷擊位置的絕對依據。

3.3 系統(tǒng)實用問題分析

定位精度誤差和系統(tǒng)間GPS時鐘誤差是雷電定位系統(tǒng)定位不夠準確的主要原因。但是在當前的系統(tǒng)算法及定位條件下，定位精度無法得到進一步的提升，而完全統(tǒng)一各變電站（所）與雷電定位系統(tǒng)的時鐘也存在一定的困難。因此，對于帶有距離保護的110 kV及以上線路，仍應重視故障測距數值，但對于含分支線的線路，由于以往只能依賴故障距離這一參數，一旦雷擊故障測距位置超過線路T接點，就很難確定故障點所在的支線。通過雷電定位系統(tǒng)，可以快速判斷雷電所在的區(qū)域，以故障測距點為基礎，結合雷電定位系統(tǒng)給出的雷擊點進行綜合判斷，以盡快確定巡視范圍。

而對于沒有距離保護裝置的35 kV及以下線路，系統(tǒng)給出的落雷點分布可作為故障查詢的主要依據，在低落雷密度情況下，可僅對落雷點附近的若干桿塔展開故障點的查找工作；當落雷密度較高時，應在確保雷擊點時間與保護動作時間盡量重合的情況下，以雷電分布為基礎，結合線路以往易雷擊區(qū)段、桿塔所處的位置地形、雷電流的大小等進行綜合分析，合理劃分巡視區(qū)段，以達到盡快查獲故障點的目的。

另外，低落雷密度情況下發(fā)生線路跳閘時，可能出現檢索不到雷電的情況，原因主要是雷電測量誤差或者桿塔錄入GPS坐標精度有誤差以及雷電探測基站未捕獲雷電信息。出現這種情況時，可適當擴大檢索半徑，如將默認的1 km增大到2 km。若依然無法檢索到雷電，筆者認為，超過2 km以外的落雷點將不再具備參考意義。

4 結論

（1）雷電定位系統(tǒng)作為一種指導故障巡視的輔助手段是有效的。

（2）錄入桿塔的GPS坐標具有較高的精度、獲取線路跳閘的精確時間、設定合理的查詢時間段是有效應用雷電定位系統(tǒng)的三大關鍵因素。

（3）雷電定位系統(tǒng)生成的圖形雷擊點并不能完全反映雷電的實際位置，用于指導故障巡視時，應綜合考慮故障測距、桿塔位置地形、歷史易擊線路段等因素。

[1]張英．雷電定位系統(tǒng)在輸電專業(yè)中的應用[J]．線路運行技術，2007，39（1）∶84-86．

[2]樊靈孟，陳家宏．雷電定位系統(tǒng)在雷電參數分析中的應用[J]．高壓直流輸電，2006，2（4）∶29-33.

[3]張怡，張鋒．雷電定位系統(tǒng)在電力系統(tǒng)中的應用[J]．浙江電力，2005，24（2）∶26-29.

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