一种输电线路雷害预警方法及其系统的制作方法
【专利摘要】一种输电线路雷害预警方法及其系统，包括如下步骤：（1）收集气象、卫星、雷达和雷电定位系统数据，通过雷电综合预测算法得到未来某时段的雷电预警参数；（2）根据雷击过电压形成机理不同，分别选择绕击和反击计算模型，使用雷电预警参数和线路特征参数计算，预测输电线路雷击跳闸概率；（3）对线路雷击跳闸概率进行评估，将计算得出各基输电线路杆塔的雷击跳闸概率与定制的线路跳闸风险预警阀值比较，得到不同级别的预警信号。采用本发明能够有效、及时的对输电线路雷害进行预警，为开展输电线路防雷减灾提供技术支撑。
【专利说明】一种输电线路雷害预警方法及其系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及电力系统雷电监测预警领域，具体是一种输电线路雷害预警方法及其系统。
【背景技术】
[0002]目前雷暴活动预警方法主要有以下三种:
[0003]1、雷电的潜势预报
[0004]雷电是伴随着对流天气而产生的一种强烈的天气现象，所以对于雷电较大时空尺度上的潜势预报，其实就是对强对流天气的发生的可能性的预报。
[0005]2、雷电的临近预报
[0006]临近预报是指O?2小时的天气预报，实时观测的数据资料是其主要的决策依据。对于雷电的临近预报，是利用雷电活动与强对流活动之间的密切相关，通过分析大气各层级对流活动的对雷暴活动的影响，分析找出能够相对准确预报雷暴活动的参数和参数的取值范围，这是开展雷电预警预报工作的一条重要思路。
[0007]3雷电定位系统
[0008]雷电定位系统(LLS)是二十世纪七十年代中期由美国人Martin A Uman>Krider EP等首次研制成功。其基本原理是用多个测量天线测量雷击时的雷电电磁波，经过计算机的计算确定雷击地点、雷电流幅值与雷电流最大陡度。我国八十年代引进该技术。雷电定位系统已在国内的许多省市推广应用，在使用中发现了如下一些问题。
[0009]( I)设备复杂，前期投资大；
[0010](2)定位系统本身存在一定误差与探测死区；
[0011](3)地形因素对探测站的干扰大，误差较大；
[0012](4)无法实现被雷击的杆塔准确定位；
[0013](5)定位系统对雷电流幅值的计算存在误差，目前还不能实际校核；
[0014](6)不能给出雷电流波形。
[0015]故研究一种新的雷害预警方法对开展输电线路防雷工作具有重要意义。
【发明内容】
[0016]本发明的目的是提供一种输电线路雷害预警方法，运用输电线路结构参数和雷电预警参数，对输电线路雷击跳闸概率进行预测，实现了输电线路雷害的及时预警，对开展输电线路防雷工作提供了技术支撑。
[0017]本发明解决技术问题的方案如下:一种输电线路雷害预警方法，包括如下步骤:
[0018]1、通过电网雷暴预警模块计算输电线路与雷暴范围的交集，预测有雷线路和有雷杆塔的落雷参数，如落雷密度和雷电流幅值。
[0019]2、根据预测的有雷线路杆塔，从数据库调取对应的线路杆塔参数，包括杆塔结构特征、绝缘配置、避雷设施配置和线路地形特征等，结合落雷参数进行杆塔雷击跳闸概率的计算;
[0020]3、进行线路电压等级判断，不同电压等级的默认耐雷水平和结构参数不同；
[0021]4、进行输电线路单/双回判断，以选择不同的计算模块；
[0022]5、分别计算线路每一基杆塔的反击跳闸概率和绕击跳闸概率:
[0023]6、运用归程法计算杆塔的反击雷击跳闸概率；
[0024]7、用电气几何模型(EGM)法计算杆塔绕击雷击跳闸概率；
[0025]8、杆塔反击雷击跳闸率和绕击雷击跳闸率之和为杆塔雷击跳闸率，利用线路档距对每基杆塔的反击和绕击跳闸概率进行加权、求和，得出整条线路的雷击跳闸概率；
[0026]9、最后计算出的线路雷击跳闸概率结果进行预警等级划分，如当线路雷击跳闸概率小于0.15次/IOOkm时，为低等；当大于0.15次/IOOkm小于0.25次/IOOkm时，为中等；当大于0.25次/IOOkm时，为高等。
[0027]—种适用于输电线路雷害预警方法的输电线路雷害预警系统，包括3个功能模块，依次为:雷电预警模块、输电线路雷害风险计算模块和输电线路雷害预警模块。模块之间关系如图1所示，前一个模块为后一个模块提供必要的数据支持。
[0028]雷电预警模块:根据实时气象数据预测雷电即将发生的范围和强度，并为输电线路走廊区域提供落雷参数预警。
[0029]输电线路雷害风险计算模块:根据输电线路参数和走廊雷电预警参数计算未来单位时间内线路遭受雷击跳闸的风险，根据计算原理不同可分为雷电绕击和反击风险两种。
[0030]输电线路雷害预警模块:根据输电线路雷害历史情况统计确定雷害风险阀值，将输电线路雷害风险计算结果与风险阀值比较，综合得出输电线路的雷害预警等级和区域。
[0031]所述雷害预警等级分为三个等级:低等、中等和高等。
[0032]为了方便表述，定义了 “雷击跳闸概率”的概念:即平均IOOkm输电线路在雷暴临近预警系统发出预警后的单位时间内发生跳闸事故的概率。“绕击雷击跳闸概率”是指平均IOOkm输电线路在雷暴临近预警系统发出预警后的单位时间内发生绕击跳闸事故的概率。“反击雷击跳闸概率”是指平均IOOkm输电线路在雷暴临近预警系统发出预警后的单位时间内发生反击跳闸事故的概率。“线路雷击跳闸概率”是指平均IOOkm输电线路在雷暴临近预警系统发出预警后的单位时间内发生跳闸事故的概率。雷击跳闸率为反击雷击跳闸率和绕击雷击跳闸率之和。
[0033]雷电预警参数是实时的，因而计算出来的绕击雷击跳闸概率、反击雷击跳闸概率和线路的雷击跳闸概率也是实时的，可以较及时的对雷害进行预测，对雷害评估模型预测数据进行评估。计算出的线路雷击跳闸概率结果进行预警等级划分，如当线路雷击跳闸概率小于0.15次/IOOkm时，为低等；当大于0.15次/IOOkm小于0.25次/IOOkm时，为中等；当大于0.25次/IOOkm时，为高等。
[0034]本发明与现有技术比较的优点有:
[0035]1.运用实时雷电预警参数，及时对雷害进行预测；
[0036]2.可以突出雷击风险较高的杆塔；
[0037]3.结果直观。
【专利附图】
【附图说明】[0038]图1为输电线路雷害预警方法的功能模块。
[0039]图2为线路雷害风险评估流程图。
[0040]图3为规程法计算流程图。
[0041 ]图4为EGM法计算流程图。
[0042]图5为一条220kV输电线路线路落雷密度分布图。
[0043]图6为不同时刻下计算220kV线路雷击跳闸概率对比图。
【具体实施方式】
[0044]以下通过具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明。
[0045]如图2所示，本发明所述的输电线路雷害预警方法，包括如下步骤:通过电网雷暴预警模块计算输电线路与雷暴范围的交集，预测有雷线路和有雷杆塔的落雷参数:落雷密度和雷电流幅值f(I)。根据预测的有雷线路，从线路数据库调用有雷线路的线路参数，主要包括线路结构特征和线路地形特征。运用落雷参数和线路参数进行杆塔雷击跳闸概率的计算:通过线路参数进行电压等级选择，不同电压等级的耐雷水平和结构参数不同；进行输电线路单双回判断，以便选择不同的计算模块；分别计算每一基杆塔的反击雷击跳闸概率和绕击雷击跳闸概率:运用归程法计算杆塔的反击雷击跳闸概率，流程图如图3所示；用EGM法计算出来的暴露距离和临界电流来计算杆塔绕击雷击跳闸概率，流程图如图4所示；每基杆塔雷击跳闸概率为反击和绕击跳闸概率之和，利用线路档距加权杆塔雷击跳闸概率，求和计算出线路总雷击跳闸概率；对线路雷击跳闸概率结果进行预警等级划分:当计算出来的线路雷击跳闸概率小于0.15次/IOOkm时，为低等；当大于0.15次/IOOkm小于
0.25次/IOOkm时，为中等；当大于0.25次/IOOkm时，为高等。
[0046]—种适用于输电线路雷害预警方法的输电线路雷害预警系统，包括3个功能模块，依次为:雷电预警模块、输电线路雷害风险计算模块和输电线路雷害预警模块。模块之间关系如图1所示，前一个模块为后一个模块提供必要的数据支持。
[0047]雷电预警模块:根据实时气象数据预测雷电即将发生的范围和强度，并为输电线路走廊区域提供落雷参数预警。
[0048]输电线路雷害风险计算模块:根据输电线路参数和走廊雷电预警参数计算未来单位时间内线路遭受雷击跳闸的风险，根据计算原理不同可分为雷电绕击和反击风险两种。
[0049]输电线路雷害预警模块:根据输电线路雷害历史情况统计确定雷害风险阀值，将输电线路雷害风险计算结果与风险阀值比较，综合得出输电线路的雷害预警等级和区域。
[0050]所述雷害预警等级分为三个等级:低等、中等和高等。
[0051]具体试验实例
[0052]以某220kV同塔双回线路为例，该线路全长33.304km，共79基杆塔，该线路A相导线平均高度为20.8162m,最大值为48.336m,最小值为12m，B相导线平均高度为26.72127m，最大值为57.3m,最小值为12.336m, C相导线平均高度为21.99975m,最大值为50.8m,最小值为12.036m:A相中距平均值为6.631646m，最大值为8.5m，最小值为4.85m, B相中距平均值为1.305823m,最大值为6.5m，最小值为0，C相中距平均值为6.6594494m，最大值为8.5m，最小值为4.25m ;该线路全线架设双地线，避雷线平均高度为31.6793m，最大值为61.Sm，最小值为17.523m ;避雷线中距平均值为4.75038m，最大值为6.33m，最小值为3m。线路地形包括平原和山地，且中途经过高山大岭，涉及爬坡，跨山谷，沿山顶等复杂地貌。地面倾角全部设定为平均值为7.657975度，最大值为25.4度，最小值为-20.54度。该线路部分杆塔29#，32#，41#，44#，46#，52#, 60#, 69#，72#安装了避雷器。计算时接地电阻采用经验值，统一设为6 Ω ,冲击系数统一设为0.8。
[0053]该线路经历一次强雷暴——雷击跳闸过程，通过电网雷电预警模块计算输电线路与雷暴范围的交集，预测有雷线路和有雷杆塔的落雷参数，输电线路雷害风险计算模块接收雷电预警模块的落雷参数，结合线路结构特征数据进行计算，输电线路雷害预警模块根据计算模块的计算结果进行预警。雷电预警数据实时滚动，每隔15分钟刷新一次雷电信息，表I列出了该线路所在地区从19:00到20:45每15分钟(19:00，19:15，19:30，19:45，20:00，20:15，20:30，20:45)的落雷密度值，代表预测未来15分钟内该地区的落雷密度分布情况。同时图5记录了雷电发展过程和线路雷击跳闸故障信息。
[0054]表I线路落雷密度
[0055]
【权利要求】
1.一种输电线路雷害预警方法，其特征在于:包括如下步骤: (1)通过电网雷暴预警模块计算输电线路与雷暴范围的交集，预测有雷线路和有雷杆塔的落雷参数，如落雷密度和雷电流幅值； (2)根据预测的有雷线路杆塔，从数据库调取对应的线路杆塔参数，包括杆塔结构特征、绝缘配置、避雷设施配置和线路地形特征，结合落雷参数进行杆塔雷击跳闸概率的计算； (3)进行线路电压等级判断，不同电压等级的默认耐雷水平和结构参数不同； (4)进行输电线路单/双回判断，以选择不同的计算模块； (5)分别计算线路每一基杆塔的反击跳闸概率和绕击跳闸概率； (6)运用归程法计算杆塔的反击雷击跳闸概率； (7)用电气几何模型EGM法计算杆塔绕击雷击跳闸概率； (8)杆塔反击雷击跳闸率和绕击雷击跳闸率之和为杆塔雷击跳闸率，利用线路档距对每基杆塔的反击和绕击跳闸概率进行加权、求和，得出整条线路的雷击跳闸率； (9)最后计算出的线路雷击跳闸概率结果进行预警等级划分，如当线路雷击跳闸概率小于0.15次/IOOkm时，为低等；当大于0.15次/IOOkm小于0.25次/IOOkm时，为中等；当大于0.25次/IOOkm时，为高等。
2.一种适用于权利要求1所述的输电线路雷害预警方法的输电线路雷害预警系统，其特征在于，包括雷电预警模块、输电线路雷害风险计算模块和输电线路雷害预警模块，雷电预警模块、输电线路雷害风险计算模块和输电线路雷害预警模块依次连接，前一个模块为后一个模块提供必要的数据支持， 雷电预警模块:根据实时气象数据预测雷电即将发生的范围和强度，并为输电线路走廊区域提供落雷参数预警； 输电线路雷害风险计算模块:根据输电线路参数和走廊雷电预警参数计算未来单位时间内线路遭受雷击跳闸的风险，根据计算原理不同可分为雷电绕击和反击风险两种； 输电线路雷害预警模块:根据输电线路雷害历史情况统计确定雷害风险阀值，将输电线路雷害风险计算结果与风险阀值比较，综合得出输电线路的雷害预警等级和区域； 所述雷害预警等级分为三个等级:低等、中等和高等。
【文档编号】G01R31/00GK103837769SQ201410068025
【公开日】2014年6月4日 申请日期:2014年2月27日 优先权日:2014年2月27日
【发明者】邓雨荣, 李涵, 朱时阳, 周文俊, 祈玉龙 申请人:广西电网公司电力科学研究院, 武汉大学