雷電定位系統(tǒng)在輸電線路雷擊故障點(diǎn)巡查中的應(yīng)用及分析

郭 謖

（杭州市電力局，杭州 310009）

雷電是一種自然災(zāi)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(dǎo)致線路跳閘、絕緣子閃絡(luò)缺陷，甚至發(fā)生導(dǎo)、地線斷股及斷線等故障，造成線路停運(yùn)。

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(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，每年輸電線路因雷擊造成的跳閘次數(shù)與線路總跳閘次數(shù)的占比均達(dá)到90%以上。一旦發(fā)生線路跳閘，線路巡視人員需對線路進(jìn)行全線巡視以查找故障點(diǎn)，并攀登桿塔查明缺陷情況。而雷擊的發(fā)生地點(diǎn)是不確定的，為查明線路雷擊缺陷點(diǎn)，運(yùn)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(zhǔn)確地定位線路雷擊故障點(diǎn)，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(yīng)用。4年多的應(yīng)用表明，該系統(tǒng)能夠?yàn)楣收涎惨曁峁└嗟囊罁?jù)和幫助，達(dá)到了縮小故障巡視范圍、降低巡視人員工作強(qiáng)度的目的。

1 基于輸電線路專業(yè)的雷電定位應(yīng)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(wù)器、通信網(wǎng)絡(luò)和用戶應(yīng)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(shè)備傳送到中心站的相應(yīng)端口上，中心數(shù)據(jù)分析處理服務(wù)器對各路信號進(jìn)行處理，根據(jù)多個探測站所測得的雷電波方向和到達(dá)時間差，經(jīng)過計(jì)算、分析，便可測定雷擊發(fā)生點(diǎn)的經(jīng)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(jīng)緯度、雷電流幅值和極性、回?fù)舸螖?shù)等參數(shù)。

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(yīng)用

輸電線路運(yùn)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(biāo)進(jìn)行測量并錄入雷電定位系統(tǒng)的應(yīng)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(jù)需要對發(fā)生于線路周圍的雷擊點(diǎn)進(jìn)行檢索和分析，以指導(dǎo)線路雷擊故障點(diǎn)的查找。

2 系統(tǒng)運(yùn)行實(shí)例及問題分析

2.1 低落雷密度條件查詢實(shí)例及分析

2007年6月22日，調(diào)度通知110 kV青於線于17∶40保護(hù)動作跳閘，測距9.5 km，重合成功。當(dāng)日為雷雨天氣，啟用雷電定位系統(tǒng)進(jìn)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(jié)果

根據(jù)雷電定位顯示，在設(shè)定查詢條件內(nèi)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(jù)調(diào)度提供的故障測距，在雷電定位系統(tǒng)的線路路徑上進(jìn)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(diǎn)，兩側(cè)各擴(kuò)展2基桿塔，即以32號-30號、33號-34號的范圍和順序進(jìn)行登桿檢查。經(jīng)過實(shí)際巡視，很快發(fā)現(xiàn)31號塔A，B，C三相絕緣子發(fā)生雷擊閃絡(luò)。

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(diǎn)的一次典型事例。

但在實(shí)際運(yùn)行中，絕大多數(shù)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(nèi)沿線就有多次雷擊，若查詢時間為2 min，則沿線的落雷點(diǎn)將達(dá)到幾十個甚至上百個，這對判斷線路雷擊故障點(diǎn)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(shí)際雷擊點(diǎn)排除在外。因此，確定時間間隔是查詢準(zhǔn)確的關(guān)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(dāng)擴(kuò)大至前后若干秒，通過盡量小的時間跨度便可鎖定雷擊點(diǎn)。但實(shí)際上，由于各變電站內(nèi)故障錄波、調(diào)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(shí)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(shí)例及分析

2008年8月22日14∶32，調(diào)度通知110 kV崗平線開關(guān)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(jìn)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(jié)果顯示，沿線落雷達(dá)71個，且雷擊點(diǎn)基本沿全線分布，對實(shí)際雷擊位置無法做出判斷。

通過調(diào)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(jié)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(diǎn)位置給出有效提示。但觀察查詢結(jié)果，圍繞調(diào)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(shè)定查詢時間段為 14∶32∶35-14∶32∶47， 結(jié)果顯示沿線有 19次雷擊，且在該時間段內(nèi)，36號-38號塔附近出現(xiàn)了多次雷擊，系統(tǒng)提示幾次雷電幅值較大的雷擊點(diǎn)所處的耐張段均包含37號塔，因此，37號塔前后為故障點(diǎn)的可能性較大。啟用雷電定位系統(tǒng)中的桿塔測距功能進(jìn)行測距，發(fā)現(xiàn)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(cè)各擴(kuò)展2基塔進(jìn)行檢查，最終發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)為35號塔A相閃絡(luò)，而35號與37號之間的距離約為1 km。

從以上實(shí)例可以看出，選取適當(dāng)查詢時間段十分重要。但從實(shí)際巡線結(jié)果來看，雷電定位系統(tǒng)中提示的雷擊點(diǎn)位置與線路實(shí)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(jì)算誤差。同時，線路桿塔的GPS坐標(biāo)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(biāo)時，應(yīng)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(jì)算生成并反映在地理信息圖中的雷擊點(diǎn)并非實(shí)際位置，也就是說沿線路路徑分布的雷擊點(diǎn)，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(shí)際應(yīng)用中，不能把雷擊點(diǎn)距離線路的遠(yuǎn)近程度作為判定實(shí)際雷擊位置的絕對依據(jù)。

3.3 系統(tǒng)實(shí)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(zhǔn)確的主要原因。但是在當(dāng)前的系統(tǒng)算法及定位條件下，定位精度無法得到進(jìn)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(hù)的110 kV及以上線路，仍應(yīng)重視故障測距數(shù)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(shù)，一旦雷擊故障測距位置超過線路T接點(diǎn)，就很難確定故障點(diǎn)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(diǎn)為基礎(chǔ)，結(jié)合雷電定位系統(tǒng)給出的雷擊點(diǎn)進(jìn)行綜合判斷，以盡快確定巡視范圍。

而對于沒有距離保護(hù)裝置的35 kV及以下線路，系統(tǒng)給出的落雷點(diǎn)分布可作為故障查詢的主要依據(jù)，在低落雷密度情況下，可僅對落雷點(diǎn)附近的若干桿塔展開故障點(diǎn)的查找工作；當(dāng)落雷密度較高時，應(yīng)在確保雷擊點(diǎn)時間與保護(hù)動作時間盡量重合的情況下，以雷電分布為基礎(chǔ)，結(jié)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(jìn)行綜合分析，合理劃分巡視區(qū)段，以達(dá)到盡快查獲故障點(diǎn)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(xiàn)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(biāo)精度有誤差以及雷電探測基站未捕獲雷電信息。出現(xiàn)這種情況時，可適當(dāng)擴(kuò)大檢索半徑，如將默認(rèn)的1 km增大到2 km。若依然無法檢索到雷電，筆者認(rèn)為，超過2 km以外的落雷點(diǎn)將不再具備參考意義。

4 結(jié)論

（1）雷電定位系統(tǒng)作為一種指導(dǎo)故障巡視的輔助手段是有效的。

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

（3）雷電定位系統(tǒng)生成的圖形雷擊點(diǎn)并不能完全反映雷電的實(shí)際位置，用于指導(dǎo)故障巡視時，應(yīng)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(yīng)用[J]．線路運(yùn)行技術(shù)，2007，39（1）∶84-86．

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

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