雷擊風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)可行性分析

彭藝全

摘要：近幾年來，雷擊事故的出現(xiàn)開始有了集中爆發(fā)的趨勢，而發(fā)生在重要輸電通路上的雷電災(zāi)害會引發(fā)巨大的損失。對于雷擊災(zāi)害的預(yù)防，我們?nèi)狈σ粋€系統(tǒng)的預(yù)警體系，因此很難實現(xiàn)可靠的預(yù)警。本文通過科學(xué)合理的布點安裝雷電預(yù)警傳感站，實現(xiàn)了高風(fēng)險區(qū)段的監(jiān)測預(yù)警覆蓋，現(xiàn)將雷擊風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)可行性分析如下，以供同行參考。

關(guān)鍵詞：輸電線路;雷擊預(yù)警;可行性;分析

近年來，隨著超特高壓線路、重要負荷供電線路、大型電源送出線路、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)和跨國線路等重要輸電線路的快速建設(shè)，以及土地資源緊缺導(dǎo)致可用的線路走廊日益減少，逐漸形成了一些輸送能力大、線路排列緊密的輸電通道[1]。這些重要輸電通道因桿塔高、分布區(qū)域廣、走廊地形復(fù)雜，很容易遭受雷電的沖擊，且重要輸電通道通常由兩回及以上重要輸電線路組成，其輸送容量大，發(fā)生故障后對電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊較大，可能造成四級及以上電網(wǎng)事件[2]。圖一為我國三大直流繞擊雷害風(fēng)險分布圖。為保障我國三大直流輸電線路的安全運行，我們需要建立三大直流雷擊中、高風(fēng)險區(qū)段建設(shè)雷電預(yù)警系統(tǒng)，實現(xiàn)線路雷擊風(fēng)險提前預(yù)警，為三大直流雷擊故障提前管控與應(yīng)急處置提供支撐，以全面提高三大直流雷害防護與安全運行水平。

1.案例分析

本文以重慶市錦蘇線、復(fù)奉線兩條線路的雷電預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)為例，分析雷擊風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的可行性。這兩條線路全長約286.9km，共有高危區(qū)段8段、塔桿1114根。當(dāng)大面積持續(xù)雷暴天氣時，重慶電網(wǎng)特高壓直流通道具有發(fā)生雷擊跳閘故障的風(fēng)險，這些線路作為電能輸送的樞紐，同跳后對電網(wǎng)的沖擊較大，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的運行安全。因此，有必要建設(shè)特高壓直流通道雷電預(yù)警系統(tǒng)，通過安裝部署雷電預(yù)警傳感站和雷達站，實現(xiàn)可靠的雷電災(zāi)害預(yù)警。

2. 雷擊風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方案

本次項目計劃通過安裝部署雷電預(yù)警傳感站，實現(xiàn)對±800kV復(fù)奉線/錦蘇線重慶境內(nèi)雷擊高風(fēng)險區(qū)段的預(yù)警監(jiān)測優(yōu)化覆蓋，實現(xiàn)雷暴天氣預(yù)報和雷電預(yù)警，構(gòu)建“雷擊前期風(fēng)險預(yù)警——中期快速定位——后期差異化防雷評估和治理”的全過程雷電災(zāi)害防御體系，從基建、維護、檢修、調(diào)度、應(yīng)急等多方聯(lián)動的主動性防護方面，為進一步保障特高壓直流通道安全運行提供新的技術(shù)支撐[3]。

2.1方案一

在特高壓直流通道雷擊高風(fēng)險區(qū)段部署雷電預(yù)警傳感站，雷電預(yù)警傳感站沿線部署，站點垂直投影至線路的站間距依據(jù)15km為原則布站。具體建設(shè)方案如圖二。

2.2方案二

在特高壓直流通道雷擊高風(fēng)險區(qū)段部署雷電預(yù)警傳感站，雷電預(yù)警傳感站部署兼顧線路沿線和切線方向，站點垂直投影至線路的站間距依據(jù)15km為原則布站，如圖三所示。

方案一與方案二僅存在雷電預(yù)警傳感站布站方式不同。方案一采用沿線的布站方式實現(xiàn)對線路雷電預(yù)警監(jiān)測覆蓋，通過不同傳感站監(jiān)測數(shù)值的變化，可獲得雷暴團沿線運動方向和發(fā)展趨勢。方案二，不僅考慮了雷暴沿線路運動的預(yù)警監(jiān)測，還考慮了雷暴縱切線路運動時候的預(yù)警監(jiān)測，通過該方式可以獲得雷暴活動靠近或遠離線路的信息。對比方案一與方案二，方案一在雷暴活動是否靠近或遠離線路的判斷上存在劣勢，但經(jīng)雷電定位系統(tǒng)歷史數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，大部分雷暴活動是自西向東移動，沿線運動概率較大。另外通過雷電預(yù)警雷達站對雷云活動的監(jiān)測，并綜合雷電定位系統(tǒng)實時監(jiān)測的雷電活動，可實現(xiàn)部分雷暴活動是否靠近線路的判斷。效能綜合比較，方案一更優(yōu)。

3.雷電預(yù)警技術(shù)

特高壓直流通道雷電預(yù)警系統(tǒng)主要由三個部分組成：

3.1 雷電預(yù)警子站系統(tǒng)

子站是系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測與采集端，負責(zé)在雷電發(fā)生前監(jiān)測大氣物理特征量，并將數(shù)據(jù)傳輸至主站服務(wù)器。主要設(shè)備包含雷電預(yù)警傳感站和雷電預(yù)警雷達站。

雷電預(yù)警傳感站是場磨式、MEMS雙探頭的大氣電場監(jiān)測設(shè)備，是雷電預(yù)警系統(tǒng)的核心元件，其數(shù)量、種類和運行質(zhì)量決定了一個系統(tǒng)的規(guī)模、效率和精度。傳感站支持記錄存儲和遠程調(diào)用，并將探測的大氣電場數(shù)據(jù)實時地傳送到雷電定位系統(tǒng)中心站，同時采用GPS天線和高穩(wěn)晶振為系統(tǒng)測量和計算提供精準(zhǔn)時基。

雷電預(yù)警雷達站是探測大氣中與雷云形成有關(guān)氣象參數(shù)設(shè)備，主要包括雷電預(yù)警雷達及其通信控制箱。雷電預(yù)警雷達通過間歇性的向空中發(fā)射電磁波脈沖，然后接受被氣象目標(biāo)散射回來的電磁波回波，探測120～150km范圍內(nèi)氣象目標(biāo)的空間位置和特性，其數(shù)據(jù)是突發(fā)性中小尺度雷電災(zāi)害天氣監(jiān)測預(yù)警重要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

3.2 雷電預(yù)警系統(tǒng)中心站

在雷電預(yù)警系統(tǒng)中心站安裝特高壓直流通道雷電預(yù)警各功能模塊軟件，負責(zé)接收雷電預(yù)警子站監(jiān)測數(shù)據(jù)，最終將雷電預(yù)警應(yīng)用結(jié)果數(shù)據(jù)保存于服務(wù)器。

特高壓直流通道雷電預(yù)警系統(tǒng)各軟件功能模塊安裝在系統(tǒng)中心站相應(yīng)服務(wù)器上。前置處理服務(wù)器用于采集雷電預(yù)警子站系統(tǒng)的監(jiān)測數(shù)據(jù)并保存于數(shù)據(jù)庫服務(wù)器;數(shù)據(jù)服務(wù)器用于接收和存儲子站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并傳遞給雷電監(jiān)測預(yù)警大數(shù)據(jù)處理中心進行綜合分析處理，并接受數(shù)據(jù)處理中心返回的計算結(jié)果;數(shù)據(jù)處理服務(wù)器為整個系統(tǒng)的核心，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對雷電定位數(shù)據(jù)、預(yù)警傳感站數(shù)據(jù)、預(yù)警雷達站數(shù)據(jù)等進行綜合分析處理，生成雷電預(yù)警信息;應(yīng)用服務(wù)器用于發(fā)布應(yīng)用信息，集合了各種數(shù)據(jù)結(jié)果服務(wù)，為雷電預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)的交互與展示提供基礎(chǔ)。

3.3 雷電預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)

應(yīng)用系統(tǒng)是系統(tǒng)與用戶的交互端，負責(zé)為各應(yīng)用人員提供友好的界面接口，提供雷電天氣預(yù)報、風(fēng)險預(yù)警等定制服務(wù)，并將預(yù)警結(jié)果通過網(wǎng)頁瀏覽、手機短信、App和微信等方式動態(tài)返回給應(yīng)用人員。

雷電預(yù)警應(yīng)用系統(tǒng)是一套應(yīng)用軟件及搭載終端（電腦、手機、PAD），是雷電風(fēng)險預(yù)警信息與用戶交互的重要軟件與設(shè)備，支持用戶依據(jù)自己的職責(zé)或偏好定制關(guān)注的區(qū)域或目標(biāo)，設(shè)置預(yù)警服務(wù)，系統(tǒng)將依據(jù)用戶個性化需求推送或展示預(yù)警信息。

4.總結(jié)

在已梳理出的國網(wǎng)公司重要通道中，已建成投運的三大直流特高壓通道是安全防護的重中之重，不僅輸送容量大，線路長、桿塔高、走廊地形復(fù)雜等一系列因素也使得雷擊風(fēng)險比較突出。在往年三大直流線路滿負荷運行時，也出現(xiàn)了多次雷擊閃絡(luò)故障[4]。同時，電網(wǎng)雷擊事故近年來越來越明顯的呈現(xiàn)出短時集中爆發(fā)的特點，對增強輸電通道雷害防護與應(yīng)急處置能力提出了更高的要求。目前的雷電監(jiān)測系統(tǒng)能夠在雷擊故障發(fā)生后及時提供信息指導(dǎo)查找故障點，但對于直流特高壓這類極為重要的輸電通道，在遭遇雷暴活動時，若僅僅依靠事后的監(jiān)測信息對已發(fā)生的故障作應(yīng)對處理，可能會出現(xiàn)故障排查不及時和應(yīng)急檢修人員、物資儲備不足等情況，從而影響線路故障恢復(fù)的時效性，甚至引發(fā)重大安全事故[5]。根據(jù)國網(wǎng)運檢部的技術(shù)需求和總體安排，有必要逐步建立起直流特高壓輸電通道雷電預(yù)警系統(tǒng)，為直流特高壓雷擊故障提前管控與應(yīng)急處置決策提供基礎(chǔ)手段和數(shù)據(jù)支撐，以全面提高三大直流雷害防護與安全運行水平。

特高壓直流通道雷電預(yù)警系統(tǒng)的所有預(yù)警裝置均不直接安裝于線路本體，故對線路運行現(xiàn)狀不造成任何改變和影響;軟件方面，系統(tǒng)能利用包括操作系統(tǒng)在內(nèi)的軟件安全機制，以及防火墻在內(nèi)的安全防護設(shè)備及措施，提供安全解決方案。系統(tǒng)建成后可有效提升電網(wǎng)雷電災(zāi)害預(yù)警應(yīng)用水平，從而提升基建、維護、檢修、調(diào)度、應(yīng)急等多方聯(lián)動的防護主動性，進一步為保障輸電通道安全運行提供新的技術(shù)支撐。

參考文獻：

[1]張呈龍，馬志青，魏全祿，楊韜輝，曲全磊，馬永福，李秋陽，孫志忠.雷擊風(fēng)險預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)可行性分析[J].青海電力，2019，38（03）：11-14.

[2]李國寶.輸電線路雷電災(zāi)害防御體系建設(shè)研究與應(yīng)用[J].山西電力，2019（04）：22-25.

[3]谷山強，電網(wǎng)雷擊風(fēng)險預(yù)警關(guān)鍵技術(shù)與工程應(yīng)用. 湖北省，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，2019-04-08.

[4]谷山強，一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法. 湖北省，國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司，2017-12-15.

[5]唐宏科，雷電監(jiān)測與預(yù)警信息在風(fēng)險評估中應(yīng)用的研究. 上海市，上海市防雷中心，2015-05-11.