雷電定位系統(tǒng)在電網中的運用

● 國網大連供電公司 李金哲

雷擊跳閘是輸電線路及電氣設備運行中經常遇到的一種故障，每年占各類跳閘總數的40%～70%。輸電線路發(fā)生的每次雷擊跳閘都可能給線路造成損害，為了確保線路的安全運行，必須盡快找到故障點并加以排除。以往在查找故障點時，要進行大規(guī)模的立體式搜素，耗費了很多人力、物力和時間。而應用雷電定位系統(tǒng)，可以快速、準確定位雷擊點，還能對雷電的性質（包括雷電流幅值、極性、發(fā)生時間等）進行測定和記錄，從而為雷擊故障的分析、處理提供依據。

1 雷電定位系統(tǒng)的構成與原理

雷電定位系統(tǒng)（LIS）是應用現(xiàn)代雷電監(jiān)測技術,探測雷電活動規(guī)律、落雷點及雷電物理參數的一整套設備。它能夠對雷電活動實施全自動、大面積、高精度的監(jiān)測，遙測雷電閃絡發(fā)生時的時間、地點、峰值、極性、閃絡次數，并能以分時彩圖形式顯示雷電運動軌跡。正是由于雷電定位系統(tǒng)能夠對雷電實施即時、準確的測定，目前已被廣泛地應用到電力系統(tǒng)輸電線路的運行管理中。

1.1 雷電定位系統(tǒng)的構成

雷電定位系統(tǒng)主要由雷電監(jiān)測站、數據處理及系統(tǒng)控制中心（中心站）、用戶工作站（雷電顯示終端）以及必要的通信系統(tǒng)構成。

雷電監(jiān)測站主要由電磁天線、雷電波波形識別及處理單元、GPS時鐘單元、通信、電源及保護單元等構成。雷電監(jiān)測站的主要功能是測定雷電波的特征量，并將每次雷擊閃絡發(fā)生的時間、地點、方向、強度等即時數據發(fā)送到中心站。中心站則對各監(jiān)測站發(fā)來的信息進行分析處理和定位計算，然后將結果發(fā)送給用戶工作站，存入數據庫，并通過雷電信息服務器發(fā)布到網絡上。

1.2 雷電定位系統(tǒng)工作原理

雷電發(fā)生時伴有強光、聲和電磁輻射，其中電磁輻射會形成電磁輻射場，而它最適合大范圍監(jiān)測。電磁輻射場主要以低頻/甚低頻（LF/VLF）沿地球表面?zhèn)鞑?，其傳播的范圍直徑可達數百千米或更長，這取決于當時的放電能量。地閃和云閃是雷電放電的主要形態(tài)，地閃危害地面物體安全，由主放電和后續(xù)放電構成，現(xiàn)代光學觀測表明，50%以上后續(xù)放電在接近地面時會脫離主放電通道，形成新的對地放電點。

雷電定位系統(tǒng)是由多個監(jiān)測站同時測量雷電電磁輻射場，并剔除云閃信號對地閃定位。監(jiān)測站利用寬頻天線系統(tǒng)和專門設計的電子電路、識別地閃信號，并對地閃每次回擊波的峰值進行采樣，使測量值與回擊波形成的開始部分相對應，并使電離層折反射的影響最小，在理論和技術上可保證測量雷擊點和雷電流峰值的準確性。

雷電定位方法主要有定向法、時差法、綜合定位法等3種，其中綜合法是當前使用最廣泛的方法，我國電網90%以上都是采用此種方法。

1.3 雷電定位系統(tǒng)的聯(lián)網

一個地區(qū)雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測站總是有限的，因此其中心站得到的數據或信息量也是有限的，影響到雷電定位的準確性。若將各相鄰地區(qū)的雷電定位系統(tǒng)邊際監(jiān)測站的信息共享，即可進行互補，又能消除盲區(qū)。因此，實現(xiàn)雷電定位系統(tǒng)聯(lián)網就是一個必然趨勢，從而使雷電定位系統(tǒng)進一步得到優(yōu)化，并向更科學更合理的方向發(fā)展。目前，雷電定位系統(tǒng)已經覆蓋我國大部分地區(qū)。

2 雷電定位系統(tǒng)在電網中的運用

雷電定位系統(tǒng)在各個網省中，由于軟、硬件等的差異，可能存在著形式上的不同，但功能和內容基本相同。本文以遼寧電網雷電定位系統(tǒng)為例予以闡述。

2.1 雷電參數查詢模式

雷電參數查詢，根據系統(tǒng)網絡的結構型式的不同，可有3種模式：專線終端、C/S網絡終端、B/S網絡終端。

專線終端指以專用通信通道（電纜）接受雷電數據的終端，如果距離遠，需使用調制解調器，它的實時性較好，可提供完整的統(tǒng)計功能，缺點是必須有專用通道。

C/S網絡終端指客戶機/服務器方式的終端?？蛻魴C安裝應用程序，通過網絡讀取服務器數據，優(yōu)點是無需專用通道，只要可以訪問雷電服務器即可。相比B/S網絡終端，由于有安裝程序，本地有地圖，可以快速進行地圖的放大、縮小等操作。

B/S網絡終端指瀏覽器/服務器方式終端?？蛻舳藷o需安裝程序，使用通用的瀏覽器從網絡訪問雷電網站即可查詢雷電數據，優(yōu)點是不需安裝程序。

遼寧電網采用的是B/S網絡終端查詢方式。

2.2 雷電參數查詢方法

首先進入局域網，點擊雷電定位系統(tǒng)服務器網址，通過輸入“用戶名”及“密碼”后即可打開雷電定位系統(tǒng)主頁。主頁界面上有3個區(qū)域：功能區(qū)、雷閃地理位置顯示區(qū)和信息輸出區(qū)。

2.3 LLS的主要用途及應用實例

（1）快速定位故障點。與傳統(tǒng)手段相比，LLS可在秒級時間內定位出雷擊故障位置，使巡線效率大大提高。例如：2016年8月12日0時14分，遼寧電網某220kV線路發(fā)生跳閘，并重合成功。通過查詢，LLS在相應的時間段里給出雷擊范圍在296號～302號塔之間。經巡線檢查，遭受雷擊的塔是299號，并發(fā)現(xiàn)絕緣子已燒傷。從查詢圖中可以看出，299號塔附近遭受到第5號雷的雷擊，雷擊電流為178.8kA。

（2）準確判定故障性質。以往發(fā)生線路事故，特別是在雷雨季，由于缺少技術手段，不是雷擊被誤判為雷擊的情況時有發(fā)生。自從有了LLS，在處理電網故障過程中首先查看雷電定位系統(tǒng)的反應，并將其作為判定故障性質的一種手段。倘若雷電定位系統(tǒng)沒有任何反應，則立即按其他故障（如外力破壞）進行查找，這樣大大提高線路的運行管理水平。

（3）雷電數據查詢。LLS具有數據查詢功能，根據查詢獲得的數據，可進行雷電活動規(guī)律分析，雷電統(tǒng)計報表，劃分雷擊區(qū)，實施預警發(fā)布，制定預防雷害事故措施，并可為線路建設與改造提供依據。例如繪制雷電流幅值概率圖，利用LLS的參數統(tǒng)計功能，可以直接將所選地區(qū)的雷電流幅值概率圖繪制或拷貝出來。

（4）防雷評估。由于雷電活動具有不確定性，以往對防雷設施無法評價，妨礙了電網防雷措施的實施與改進。應用LLS可對監(jiān)視區(qū)域及線路走廊的雷電活動實施大面積、高精度、全自動監(jiān)測，并通過對雷電強度、雷擊密度、頻率的統(tǒng)計分析和對比，完成對防雷設施進行功效評估。根據LLS提供的數據，可方便地找出線路的“易擊段”“易擊塔”及防雷設施存在的問題等，從而為線路設計和運行提供參考或依據。

（5）線路雷擊預警。閃電定位軟件根據實時測得的雷擊數據，與多站圖形終端上輸電線路的地理信息相結合，根據2個值域為計算條件進行自動篩選，實時判斷哪條線路、桿塔可能遭雷擊，并進行聲音報警，提示工作人員提前做好準備，在調度告知某條線路跳閘時，能快速響應。

3 雷電定位系統(tǒng)的設備維護與管理

3.1 中心站（PA）

（1）明確中心站管理部門，遼寧為調度通信部門，并設專人定期對中心站、監(jiān)測站和通信通道進行檢查。

（2）雷雨季節(jié)前進行一次全系統(tǒng)的檢查維護，確保雷電定位系統(tǒng)的正常運行。

（3）在雷雨季節(jié)，每天定時對中心站設備進行檢查巡視，并注意接受監(jiān)測站的故障報警。

（4）閃電定位軟件會自動接受、記錄各監(jiān)測站運行信息，并在監(jiān)測站中斷（故障）時，以5分鐘一個周期進行提示音報警。維護人員應首先判斷是否為網絡故障，如果是應及時與通信部門聯(lián)系處理，如果否應立即通知監(jiān)測站維護人員對探測儀進行復位處理；倘若5分鐘內沒有恢復正常，維修人員應及時對監(jiān)測站進行軟件修復或硬件更換處理。

（5）雷雨季節(jié)，每月對得到的雷電數據進行整理核對，妥善保存歷史數據。

（6）及時更改、添加輸電線路信息，及時進行軟件升級。

（7）每年對雷擊跳閘線路的系統(tǒng)預測信息、查詢狀態(tài)下的電子地圖及實際跳閘桿塔、相位等情況做成電子文檔存檔。

（8）監(jiān)視雷電系統(tǒng)的運行情況并建立運行記錄。運行記錄包括系統(tǒng)運行情況、故障發(fā)生時間與處理結果等，每年進行線路走廊、省市地區(qū)雷電發(fā)生情況運行統(tǒng)計分析。

3.2 監(jiān)測站（TDF）

（1）監(jiān)測站通常由所在地供電企業(yè)負責管理，并設專人維護（主要是電源維護），定期對該監(jiān)測站巡視檢查，發(fā)現(xiàn)故障及時上報中心站或經中心站同意后進行簡單處理。中心站則根據故障情況派人或請廠家進行處理。

（2）保證雷電監(jiān)測站與中心站通信線路暢通，發(fā)現(xiàn)通道有問題應及時上報中心站，并由中心站與有關單位聯(lián)系處理。

（3）每年雷雨季節(jié)前，對設備運行情況進行一次全面檢查，適時更換探頭硅膠干燥劑。在雷雨季節(jié)中，每月對監(jiān)測站進行一次巡視檢查。

（4）各地監(jiān)測站除緊急情況外，不得退出運行。

3.3 終端站（LIS）

（1）終端站維護人員負責終端設備運行的日常維護，發(fā)現(xiàn)異常及時處理并報中心站。

（2）經授權的用戶終端可以登陸查詢雷電信息，但不得擅自修改系統(tǒng)信息。用戶終端必須每天24小時開機才能保證數據的及時與更新，在雨季每天開機或者查詢之前手動進行數據更新，否則查詢的結果不能保證準確可靠。

（3）在雷雨季節(jié)，每日對終端站進行一次檢查，當發(fā)現(xiàn)缺少雷電數據時，可手動更新數據或向中心站請求人工遠傳數據，補齊雷電數據。

（4）線路發(fā)生雷擊跳閘后，應及時在終端站上進行定位查詢，并盡快將查詢結果反饋給有關部門，以指導線路故障點的查詢。

（5）為保證雷電分析顯示終端正常運行，終端維護人員應每月將終端運行及故障處理情況上報中心站。

（6）終端站維護人員要及時對系統(tǒng)軟件升級。