雷击风险预警系统建设可行性分析

彭艺全

摘要：近几年来，雷击事故的出现开始有了集中爆发的趋势，而发生在重要输电通路上的雷电灾害会引发巨大的损失。对于雷击灾害的预防，我们缺乏一个系统的预警体系，因此很难实现可靠的预警。本文通过科学合理的布点安装雷电预警传感站，实现了高风险区段的监测预警覆盖，现将雷击风险预警系统建设可行性分析如下，以供同行参考。

关键词：输电线路;雷击预警;可行性;分析

近年来，随着超特高压线路、重要负荷供电线路、大型电源送出线路、跨区联网和跨国线路等重要输电线路的快速建设，以及土地资源紧缺导致可用的线路走廊日益减少，逐渐形成了一些输送能力大、线路排列紧密的输电通道[1]。这些重要输电通道因杆塔高、分布区域广、走廊地形复杂，很容易遭受雷电的冲击，且重要输电通道通常由两回及以上重要输电线路组成，其输送容量大，发生故障后对电网产生的冲击较大，可能造成四级及以上电网事件[2]。图一为我国三大直流绕击雷害风险分布图。为保障我国三大直流输电线路的安全运行，我们需要建立三大直流雷击中、高风险区段建设雷电预警系统，实现线路雷击风险提前预警，为三大直流雷击故障提前管控与应急处置提供支撑，以全面提高三大直流雷害防护与安全运行水平。

1.案例分析

本文以重庆市锦苏线、复奉线两条线路的雷电预警系统建设为例，分析雷击风险预警系统建设的可行性。这两条线路全长约286.9km，共有高危区段8段、塔杆1114根。当大面积持续雷暴天气时，重庆电网特高压直流通道具有发生雷击跳闸故障的风险，这些线路作为电能輸送的枢纽，同跳后对电网的冲击较大，严重影响着电网的运行安全。因此，有必要建设特高压直流通道雷电预警系统，通过安装部署雷电预警传感站和雷达站，实现可靠的雷电灾害预警。

2. 雷击风险预警系统建设方案

本次项目计划通过安装部署雷电预警传感站，实现对±800kV复奉线/锦苏线重庆境内雷击高风险区段的预警监测优化覆盖，实现雷暴天气预报和雷电预警，构建“雷击前期风险预警——中期快速定位——后期差异化防雷评估和治理”的全过程雷电灾害防御体系，从基建、维护、检修、调度、应急等多方联动的主动性防护方面，为进一步保障特高压直流通道安全运行提供新的技术支撑[3]。

2.1方案一

在特高压直流通道雷击高风险区段部署雷电预警传感站，雷电预警传感站沿线部署，站点垂直投影至线路的站间距依据15km为原则布站。具体建设方案如图二。

2.2方案二

在特高压直流通道雷击高风险区段部署雷电预警传感站，雷电预警传感站部署兼顾线路沿线和切线方向，站点垂直投影至线路的站间距依据15km为原则布站，如图三所示。

方案一与方案二仅存在雷电预警传感站布站方式不同。方案一采用沿线的布站方式实现对线路雷电预警监测覆盖，通过不同传感站监测数值的变化，可获得雷暴团沿线运动方向和发展趋势。方案二，不仅考虑了雷暴沿线路运动的预警监测，还考虑了雷暴纵切线路运动时候的预警监测，通过该方式可以获得雷暴活动靠近或远离线路的信息。对比方案一与方案二，方案一在雷暴活动是否靠近或远离线路的判断上存在劣势，但经雷电定位系统历史数据分析发现，大部分雷暴活动是自西向东移动，沿线运动概率较大。另外通过雷电预警雷达站对雷云活动的监测，并综合雷电定位系统实时监测的雷电活动，可实现部分雷暴活动是否靠近线路的判断。效能综合比较，方案一更优。

3.雷电预警技术

特高压直流通道雷电预警系统主要由三个部分组成：

3.1 雷电预警子站系统

子站是系统数据监测与采集端，负责在雷电发生前监测大气物理特征量，并将数据传输至主站服务器。主要设备包含雷电预警传感站和雷电预警雷达站。

雷电预警传感站是场磨式、MEMS双探头的大气电场监测设备，是雷电预警系统的核心元件，其数量、种类和运行质量决定了一个系统的规模、效率和精度。传感站支持记录存储和远程调用，并将探测的大气电场数据实时地传送到雷电定位系统中心站，同时采用GPS天线和高稳晶振为系统测量和计算提供精准时基。

雷电预警雷达站是探测大气中与雷云形成有关气象参数设备，主要包括雷电预警雷达及其通信控制箱。雷电预警雷达通过间歇性的向空中发射电磁波脉冲，然后接受被气象目标散射回来的电磁波回波，探测120～150km范围内气象目标的空间位置和特性，其数据是突发性中小尺度雷电灾害天气监测预警重要的基础数据。

3.2 雷电预警系统中心站

在雷电预警系统中心站安装特高压直流通道雷电预警各功能模块软件，负责接收雷电预警子站监测数据，最终将雷电预警应用结果数据保存于服务器。

特高压直流通道雷电预警系统各软件功能模块安装在系统中心站相应服务器上。前置处理服务器用于采集雷电预警子站系统的监测数据并保存于数据库服务器;数据服务器用于接收和存储子站系统的数据，并传递给雷电监测预警大数据处理中心进行综合分析处理，并接受数据处理中心返回的计算结果;数据处理服务器为整个系统的核心，使用大数据技术对雷电定位数据、预警传感站数据、预警雷达站数据等进行综合分析处理，生成雷电预警信息;应用服务器用于发布应用信息，集合了各种数据结果服务，为雷电预警应用系统的交互与展示提供基础。

3.3 雷电预警应用系统

应用系统是系统与用户的交互端，负责为各应用人员提供友好的界面接口，提供雷电天气预报、风险预警等定制服务，并将预警结果通过网页浏览、手机短信、App和微信等方式动态返回给应用人员。

雷电预警应用系统是一套应用软件及搭载终端（电脑、手机、PAD），是雷电风险预警信息与用户交互的重要软件与设备，支持用户依据自己的职责或偏好定制关注的区域或目标，设置预警服务，系统将依据用户个性化需求推送或展示预警信息。

4.总结

在已梳理出的国网公司重要通道中，已建成投运的三大直流特高压通道是安全防护的重中之重，不仅输送容量大，线路长、杆塔高、走廊地形复杂等一系列因素也使得雷击风险比较突出。在往年三大直流线路满负荷运行时，也出现了多次雷击闪络故障[4]。同时，电网雷击事故近年来越来越明显的呈现出短时集中爆发的特点，对增强输电通道雷害防护与应急处置能力提出了更高的要求。目前的雷电监测系统能够在雷击故障发生后及时提供信息指导查找故障点，但对于直流特高压这类极为重要的输电通道，在遭遇雷暴活动时，若仅仅依靠事后的监测信息对已发生的故障作应对处理，可能会出现故障排查不及时和应急检修人员、物资储备不足等情况，从而影响线路故障恢复的时效性，甚至引发重大安全事故[5]。根据国网运检部的技术需求和总体安排，有必要逐步建立起直流特高压输电通道雷电预警系统，为直流特高压雷击故障提前管控与应急处置决策提供基础手段和数据支撑，以全面提高三大直流雷害防护与安全运行水平。

特高压直流通道雷电预警系统的所有预警装置均不直接安装于线路本体，故对线路运行现状不造成任何改变和影响;软件方面，系统能利用包括操作系统在内的软件安全机制，以及防火墙在内的安全防护设备及措施，提供安全解决方案。系统建成后可有效提升电网雷电灾害预警应用水平，从而提升基建、维护、检修、调度、应急等多方联动的防护主动性，进一步为保障输电通道安全运行提供新的技术支撑。

参考文献：

[1]张呈龙，马志青，魏全禄，杨韬辉，曲全磊，马永福，李秋阳，孙志忠.雷击风险预警系统建设可行性分析[J].青海电力，2019，38（03）：11-14.

[2]李国宝.输电线路雷电灾害防御体系建设研究与应用[J].山西电力，2019（04）：22-25.

[3]谷山强，电网雷击风险预警关键技术与工程应用. 湖北省，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，2019-04-08.

[4]谷山强，一种架空输电线路雷击闪络的预警方法. 湖北省，国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，2017-12-15.

[5]唐宏科，雷电监测与预警信息在风险评估中应用的研究. 上海市，上海市防雷中心，2015-05-11.