淺析雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)中的運(yùn)用

彭漢濤

（寧夏中科天際防雷股份有限公司，寧夏銀川750011）

1 引言

在電網(wǎng)運(yùn)行的過程中，雷電是引發(fā)電網(wǎng)運(yùn)行故障產(chǎn)生的重要因素，一旦產(chǎn)生雷電故障電網(wǎng)很容易產(chǎn)生短路、過電壓等現(xiàn)象，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。因此，面對這樣的情況，電力行業(yè)為了保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，逐漸將雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用到其中，實(shí)現(xiàn)對電網(wǎng)運(yùn)行的監(jiān)控，分析在雷電的情況下，電網(wǎng)運(yùn)行是否產(chǎn)生故障，并且對雷電故障點(diǎn)進(jìn)行準(zhǔn)確的定位，進(jìn)行得以有效的解決，確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。本文就針對雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)中的具體運(yùn)用，展開了分析和闡述。

2 雷電對電網(wǎng)所造成的影響

雷電作為常見的一種天氣自然現(xiàn)象，雷電天氣對電網(wǎng)的穩(wěn)定和安全運(yùn)行造成了極大的影響，例如：短路、過電壓、跳閘等現(xiàn)象。同時(shí)，電網(wǎng)中很多線路都是處于長期暴露的外界環(huán)境中的，這樣很容易受到雷電的影響。若是雷電直接擊打到電網(wǎng)線路就，就會(huì)引發(fā)雷擊過電壓現(xiàn)象的產(chǎn)生；雷電擊中線路周圍大地時(shí)產(chǎn)生電磁感應(yīng)，那么就會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓的現(xiàn)象。

其實(shí)，不管哪種現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致電網(wǎng)故障的產(chǎn)生，影響電網(wǎng)運(yùn)行的性能，這樣對人們的日常用電，也會(huì)帶來一定的影響。由此看來，雷電對電網(wǎng)穩(wěn)定、安全的運(yùn)行，帶來了極大的威脅，圖1為：雷電危害范圍[1]。因此，要想保證電網(wǎng)運(yùn)行的運(yùn)行，可以采用雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)，對電網(wǎng)運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，分析其故障，并且加以解決和處理，降低雷電故障產(chǎn)生的可能性。

圖1 雷電危害范圍示意圖

3 雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)分析

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)的分析主要是從自身的概述、以及系統(tǒng)功能等方面展開。

3.1 概述

探測站、數(shù)據(jù)處理與系統(tǒng)中心、用戶工作站、雷電信息系統(tǒng)等方面是構(gòu)成雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)的幾大模塊，并且在雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)使用的時(shí)候，還需要微波、光纖、網(wǎng)絡(luò)、移動(dòng)GUMLS等方面的支持，這樣主要是保證雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)使用的便利性[2]。另外，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)具有一定的自動(dòng)性、精準(zhǔn)性、連續(xù)性以及實(shí)時(shí)性。

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)屬于實(shí)時(shí)雷電監(jiān)測系統(tǒng)，主要是針對電網(wǎng)在雷電天氣的狀態(tài)下，能夠?qū)崟r(shí)的分析和顯示雷擊的發(fā)生時(shí)間、位置、回?fù)舸螖?shù)等各項(xiàng)雷電信息，并且可以根據(jù)各項(xiàng)信息和數(shù)據(jù)，準(zhǔn)確判斷電網(wǎng)雷電故障產(chǎn)生的位置，便于故障的處理和解決，以此保證電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

3.2 系統(tǒng)功能

電網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，通過利用雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)可以快速的查找出雷電故障產(chǎn)生的位置，并且在后期故障處理的過程中，也具有一定的指導(dǎo)性作用。同時(shí)，可以根據(jù)雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)顯示的狀態(tài)，對雷電的發(fā)展趨勢進(jìn)行預(yù)測，以及電網(wǎng)雷電故障產(chǎn)生的可能性，進(jìn)而為電網(wǎng)雷電故障預(yù)防處理工作的展開，提供了重要的支持。

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)可以通過利用計(jì)算機(jī)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和信息的共享，這樣在數(shù)據(jù)和信息的使用方面，提供了相對便利的條件。同時(shí)，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)還可以利用撥號共嫩，進(jìn)行雷電定位的查詢。電網(wǎng)工作人員可以通過雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)所顯示的內(nèi)容，及時(shí)掌握雷電運(yùn)行的狀態(tài)，便于工作人員對電網(wǎng)做出相應(yīng)的調(diào)整，進(jìn)而降低電網(wǎng)雷電故障的產(chǎn)生，確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)可以相關(guān)的應(yīng)用軟件相互配合，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)查詢和查找的功能，進(jìn)而準(zhǔn)確的顯示線路雷擊故障產(chǎn)生相關(guān)資料，這樣也可以為后期電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)整，提供了相對便利的條件。

4 具體運(yùn)用

為了確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，尤其是在雷電的天氣下，及時(shí)查找雷電故障產(chǎn)生的位置，提升雷電故障解決的效率和準(zhǔn)確性，電力企業(yè)逐漸將雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)用到其中，下面就對具體的運(yùn)用內(nèi)容，展開了分析和闡述。

4.1 硬件設(shè)備

在雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用的時(shí)候，需要安裝硬件設(shè)備，主要適用于測量雷電波峰值，以及雷電達(dá)到時(shí)間、雷電的方向等方面，這樣工作人員可以根據(jù)該方面，對電網(wǎng)做出相應(yīng)的處理，采取預(yù)防措施，避免電網(wǎng)雷電故障的產(chǎn)生[3]。那么，在硬件設(shè)備安裝的時(shí)候，需要從從以下幾個(gè)方面展開。

在安裝硬件之前，需要構(gòu)建系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，如圖2所示，并且在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖繪制完成以后，根據(jù)系統(tǒng)圖構(gòu)建硬件平臺(tái)，這樣可以便于工作人員對雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)的使用。

圖2 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

針對探測點(diǎn)位置的選擇，需要考慮探測設(shè)備不會(huì)受到雷電波、電磁波等方面的影響，這樣才能保證雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)的實(shí)用性能。另外，需要與專用的網(wǎng)絡(luò)以及一級中心站主機(jī)進(jìn)行連接，這樣可以對各項(xiàng)信息和數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳遞，避免數(shù)據(jù)和信息出現(xiàn)延遲。

可以利用光纖通道，將一級中心站路由器與交換機(jī)進(jìn)行連接，進(jìn)而有效提升雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)的運(yùn)用效率。

探測點(diǎn)既能測量雷電方向角，又能測量雷電波到達(dá)時(shí)間稱閃電探測和測距系統(tǒng)（縮寫為LDAR）。該系統(tǒng)是一個(gè)大面積、全自動(dòng)、實(shí)時(shí)性雷電監(jiān)測網(wǎng)，它由雷電探測站（DTF）、中心處理站（PA）、用戶終端站（NDS）和通訊網(wǎng)絡(luò)組成雷電探測站探測和處理雷電電磁波脈沖信號，并采用GPS技術(shù)對雷電脈沖進(jìn)行高精度（ns級）時(shí)間標(biāo)定。中心處理站高速處理各探測站傳送的雷電原始信號，并將處理好的雷電信息立即發(fā)送給用戶終端站，用戶終端站根據(jù)擁有的地理信息系統(tǒng)（GIS）、電力系統(tǒng)觀測目標(biāo)數(shù)據(jù)庫（ODS）和雷電信息數(shù)據(jù)庫（LDB），將雷電的發(fā)生、發(fā)展以及雷擊事故分析迅速展現(xiàn)在生產(chǎn)調(diào)度與分析人員面前，為雷電的監(jiān)測和防治提供高新技術(shù)手段。

圖3 接收閃電電磁脈沖波形圖

4.2 線路雷擊點(diǎn)

確定線路累計(jì)點(diǎn)是雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)用的重點(diǎn)，主要是因?yàn)槔纂姸ㄎ幌到y(tǒng)可以對電網(wǎng)的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)行實(shí)施監(jiān)測，進(jìn)而分析地雷擊的時(shí)間、方位、電流等相關(guān)參數(shù)。因此，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在運(yùn)用的時(shí)候，需要向系統(tǒng)中輸入電網(wǎng)線路跳閘的時(shí)間，并且可以利用四線確定好輸電線路坐標(biāo)，這樣可以快速、準(zhǔn)確的查找電網(wǎng)雷擊故障點(diǎn)，進(jìn)而有助于工作人員對故障的處理和解決。

圖4 確定雷擊故障點(diǎn)的算法，脈沖波行，定位依據(jù)

另外，在電網(wǎng)運(yùn)行的時(shí)候，經(jīng)常將發(fā)生在雷雨時(shí)而又未能查到故障閃絡(luò)點(diǎn)的線路跳閘原因認(rèn)為是雷擊所造成的，這樣就會(huì)影響對真正原因的尋找，也為電網(wǎng)安全、穩(wěn)定的運(yùn)行造成了嚴(yán)重的影響[4]。然而，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)用的時(shí)候，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測云對地雷擊的時(shí)間以及方位、電流等必要性參數(shù)，在系統(tǒng)中輸入線路跳閘時(shí)間以及利用預(yù)先輸入的輸電線路坐標(biāo)，可以準(zhǔn)確的判斷線路故障是否是因?yàn)槔讚羲斐傻?，若是系統(tǒng)沒有顯示，工作人員需要繼續(xù)查找，若是有顯示便可以立即進(jìn)行處理，可以使原來的一些事故中的雷擊假象得以排除，進(jìn)而縮短故障尋找和維修時(shí)間，避免對人們?nèi)粘Ｓ秒娫斐奢^大的影響。

4.3 雷電對大地的擊距公式的算法

雷電對避雷線的擊距rs采用IEEE推薦公式：

雷電對導(dǎo)線的擊距rc按下式計(jì)算：

式中：Uph為導(dǎo)線上工作電壓瞬時(shí)值。

為了保證線路跳閘率計(jì)算結(jié)果與實(shí)際運(yùn)行情況更加吻合，取擊距系數(shù)β與導(dǎo)線高度hc的關(guān)系為：

則雷電對大地的擊距rg公式為

4.4 雷電信息共享

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)用的時(shí)候，可以有效實(shí)現(xiàn)雷電信息共享的功能，具體的內(nèi)容可以從以下幾個(gè)方面展開。

針對一些重要的信息和數(shù)據(jù)，可以利用專線的方式，也就是專用通道接，并且將專用通道直接連接到系統(tǒng)終端，這樣可以有效完成數(shù)據(jù)和信息的統(tǒng)計(jì)，并且都是呈現(xiàn)獨(dú)立的狀態(tài)，有助于電網(wǎng)運(yùn)行的調(diào)整。

針對一些普通數(shù)據(jù)，可以利用網(wǎng)絡(luò)連接的方式，也就是將局域網(wǎng)連接到系統(tǒng)終端，并且根據(jù)程序設(shè)定，隨時(shí)或者定時(shí)的獲取雷電信息，進(jìn)而對電網(wǎng)做出相應(yīng)的調(diào)整。

4.5 故障判斷

電網(wǎng)在雷電天氣運(yùn)行的情況下，一旦發(fā)生故障，并且沒有尋找到詳細(xì)的原因，就會(huì)歸結(jié)到雷電故障，這樣對故障的處理和維修都會(huì)造成影響[5]。然而，雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)用的時(shí)候，可以通過查找落雷點(diǎn)來判斷事故發(fā)生的類型，這樣對故障的處理起到了重要的作用。另外，由于雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)可以對故障進(jìn)行判斷，便于工作人員預(yù)防措施的采取，大大降低故障的產(chǎn)生，確保電網(wǎng)運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性。

5 系統(tǒng)維護(hù)措施

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在長期使用的狀態(tài)下，是需要工作人員定期進(jìn)行維護(hù)的，這樣才能避免系統(tǒng)異常的產(chǎn)生。那么，在雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)維護(hù)的時(shí)候，可以從以下幾個(gè)方面展開。

工作人員需要對系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡視，一旦發(fā)生異常需要立即進(jìn)行解決，避免產(chǎn)生不必要的影響。

需要時(shí)刻掌握天氣預(yù)報(bào)，在雷電天氣來臨的時(shí)候，對雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行檢查，測試其使用性能，并且需要做好相應(yīng)的記錄，這樣可以為后期的系統(tǒng)維護(hù)和調(diào)整工作，提供重要的數(shù)據(jù)和信息支持[6]。

在雷電天氣結(jié)束以后，應(yīng)當(dāng)對雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)運(yùn)行的情況進(jìn)行分析，對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，這樣可以準(zhǔn)確分析系統(tǒng)使用是否產(chǎn)生異常，并且可以及時(shí)的解決和處理，以此保證雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)用的有效性。

6 結(jié)束語

雷電定位監(jiān)測系統(tǒng)在電網(wǎng)運(yùn)行中起到了非常重要的作用，可以有效保證電網(wǎng)在雷電天氣運(yùn)行的穩(wěn)定性，避免造成局部停電，影響人們的用電。