彭藝全

摘要：近幾年來(lái)，雷擊事故的出現(xiàn)開始有了集中爆發(fā)的趨勢(shì)，而發(fā)生在重要輸電通路上的雷電災(zāi)害會(huì)引發(fā)巨大的損失。對(duì)于雷擊災(zāi)害的預(yù)防，我們?nèi)狈σ粋€(gè)系統(tǒng)的預(yù)警體系，因此很難實(shí)現(xiàn)可靠的預(yù)警。本文通過(guò)科學(xué)合理的布點(diǎn)安裝雷電預(yù)警傳感站，實(shí)現(xiàn)了高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段的監(jiān)測(cè)預(yù)警覆蓋，現(xiàn)將雷擊風(fēng)險(xiǎn)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(lái)，隨著超特高壓線路、重要負(fù)荷供電線路、大型電源送出線路、跨區(qū)聯(lián)網(wǎng)和跨國(guó)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(duì)電網(wǎng)產(chǎn)生的沖擊較大，可能造成四級(jí)及以上電網(wǎng)事件[2]。圖一為我國(guó)三大直流繞擊雷害風(fēng)險(xiǎn)分布圖。為保障我國(guó)三大直流輸電線路的安全運(yùn)行，我們需要建立三大直流雷擊中、高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段建設(shè)雷電預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)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(hù)與安全運(yùn)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(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的可行性。這兩條線路全長(zhǎng)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(shí)，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(xiǎn)，這些線路作為電能輸送的樞紐，同跳后對(duì)電網(wǎng)的沖擊較大，嚴(yán)重影響著電網(wǎng)的運(yùn)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(guò)安裝部署雷電預(yù)警傳感站和雷達(dá)站，實(shí)現(xiàn)可靠的雷電災(zāi)害預(yù)警。

2. 雷擊風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)方案

本次項(xiàng)目計(jì)劃通過(guò)安裝部署雷電預(yù)警傳感站，實(shí)現(xiàn)對(duì)±800kV復(fù)奉線/錦蘇線重慶境內(nèi)雷擊高風(fēng)險(xiǎn)區(qū)段的預(yù)警監(jiān)測(cè)優(yōu)化覆蓋，實(shí)現(xiàn)雷暴天氣預(yù)報(bào)和雷電預(yù)警，構(gòu)建“雷擊前期風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警——中期快速定位——后期差異化防雷評(píng)估和治理”的全過(guò)程雷電災(zāi)害防御體系，從基建、維護(hù)、檢修、調(diào)度、應(yīng)急等多方聯(lián)動(dòng)的主動(dòng)性防護(hù)方面，為進(jìn)一步保障特高壓直流通道安全運(yùn)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(xiǎn)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(diǎn)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(xiǎn)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)對(duì)線路雷電預(yù)警監(jiān)測(cè)覆蓋，通過(guò)不同傳感站監(jiān)測(cè)數(shù)值的變化，可獲得雷暴團(tuán)沿線運(yùn)動(dòng)方向和發(fā)展趨勢(shì)。方案二，不僅考慮了雷暴沿線路運(yùn)動(dòng)的預(yù)警監(jiān)測(cè)，還考慮了雷暴縱切線路運(yùn)動(dòng)時(shí)候的預(yù)警監(jiān)測(cè)，通過(guò)該方式可以獲得雷暴活動(dòng)靠近或遠(yuǎn)離線路的信息。對(duì)比方案一與方案二，方案一在雷暴活動(dòng)是否靠近或遠(yuǎn)離線路的判斷上存在劣勢(shì)，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(dòng)是自西向東移動(dòng)，沿線運(yùn)動(dòng)概率較大。另外通過(guò)雷電預(yù)警雷達(dá)站對(duì)雷云活動(dòng)的監(jiān)測(cè)，并綜合雷電定位系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的雷電活動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)部分雷暴活動(dòng)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(gè)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(cè)與采集端，負(fù)責(zé)在雷電發(fā)生前監(jiān)測(cè)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(dá)站。

雷電預(yù)警傳感站是場(chǎng)磨式、MEMS雙探頭的大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)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(yùn)行質(zhì)量決定了一個(gè)系統(tǒng)的規(guī)模、效率和精度。傳感站支持記錄存儲(chǔ)和遠(yuǎn)程調(diào)用，并將探測(cè)的大氣電場(chǎng)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳送到雷電定位系統(tǒng)中心站，同時(shí)采用GPS天線和高穩(wěn)晶振為系統(tǒng)測(cè)量和計(jì)算提供精準(zhǔn)時(shí)基。

雷電預(yù)警雷達(dá)站是探測(cè)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(dá)及其通信控制箱。雷電預(yù)警雷達(dá)通過(guò)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(lái)的電磁波回波，探測(cè)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(cè)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(fù)責(zé)接收雷電預(yù)警子站監(jiān)測(cè)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(cè)數(shù)據(jù)并保存于數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器;數(shù)據(jù)服務(wù)器用于接收和存儲(chǔ)子站系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，并傳遞給雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警大數(shù)據(jù)處理中心進(jìn)行綜合分析處理，并接受數(shù)據(jù)處理中心返回的計(jì)算結(jié)果;數(shù)據(jù)處理服務(wù)器為整個(gè)系統(tǒng)的核心，使用大數(shù)據(jù)技術(shù)對(duì)雷電定位數(shù)據(jù)、預(yù)警傳感站數(shù)據(jù)、預(yù)警雷達(dá)站數(shù)據(jù)等進(jìn)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(fù)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(bào)、風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警等定制服務(wù)，并將預(yù)警結(jié)果通過(guò)網(wǎng)頁(yè)瀏覽、手機(jī)短信、App和微信等方式動(dòng)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(jī)、PAD），是雷電風(fēng)險(xiǎn)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(gè)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(guó)網(wǎng)公司重要通道中，已建成投運(yùn)的三大直流特高壓通道是安全防護(hù)的重中之重，不僅輸送容量大，線路長(zhǎng)、桿塔高、走廊地形復(fù)雜等一系列因素也使得雷擊風(fēng)險(xiǎn)比較突出。在往年三大直流線路滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，也出現(xiàn)了多次雷擊閃絡(luò)故障[4]。同時(shí)，電網(wǎng)雷擊事故近年來(lái)越來(lái)越明顯的呈現(xiàn)出短時(shí)集中爆發(fā)的特點(diǎn)，對(duì)增強(qiáng)輸電通道雷害防護(hù)與應(yīng)急處置能力提出了更高的要求。目前的雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)能夠在雷擊故障發(fā)生后及時(shí)提供信息指導(dǎo)查找故障點(diǎn)，但對(duì)于直流特高壓這類極為重要的輸電通道，在遭遇雷暴活動(dòng)時(shí)，若僅僅依靠事后的監(jiān)測(cè)信息對(duì)已發(fā)生的故障作應(yīng)對(duì)處理，可能會(huì)出現(xiàn)故障排查不及時(shí)和應(yīng)急檢修人員、物資儲(chǔ)備不足等情況，從而影響線路故障恢復(fù)的時(shí)效性，甚至引發(fā)重大安全事故[5]。根據(jù)國(guó)網(wǎng)運(yùn)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(hù)與安全運(yùn)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(duì)線路運(yùn)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(jī)制，以及防火墻在內(nèi)的安全防護(hù)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(hù)、檢修、調(diào)度、應(yīng)急等多方聯(lián)動(dòng)的防護(hù)主動(dòng)性，進(jìn)一步為保障輸電通道安全運(yùn)行提供新的技術(shù)支撐。

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