專利名稱：一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及輸電線路雷擊預(yù)警方法，特別是一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其適用于電力系統(tǒng)IlOkV以上電壓等級的架空輸電線路雷擊閃絡(luò)預(yù)警。
背景技術(shù)：
眾所周知，雷電會給人類的生產(chǎn)和生活造成很多困難和不便。從古至今，雷電以其巨大的破壞力給人類社會帶來了慘重的災(zāi)難。而今，電力系統(tǒng)作為人類社會發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要支柱，其用于輸送電能的架空輸電線路分布很廣易遭受雷擊。據(jù)有關(guān)資料介紹，由雷擊造成的直接損失和間接影響都十分巨大。申請人在從事電力系統(tǒng)輸電線路雷擊預(yù)警的研究中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)架空輸電線路遭受雷擊時(shí)，一旦雷電強(qiáng)度超過線路絕緣耐受能力時(shí)，會造成絕緣閃絡(luò)，從而可能造成絕緣設(shè)施損壞、線路停電等故障，直接影響輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行和供電用電的安全可靠性。申請人認(rèn)為，對架空輸電線路可能出現(xiàn)的雷擊閃絡(luò)進(jìn)行有效的預(yù)警，是可以幫助電力系統(tǒng)調(diào)度人員在雷擊即將來臨時(shí)采取積極的應(yīng)對辦法，優(yōu)化調(diào)度電能輸送，減小供電損失風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，也可幫助架空輸電線路運(yùn)行維護(hù)部門提前做好應(yīng)對雷擊故障的措施準(zhǔn)備，提高架空輸電線路雷害應(yīng)對能力?，F(xiàn)有的雷電預(yù)警方法及系統(tǒng)，主要是利用大氣電場探測設(shè)備、雷電探測設(shè)備和氣象探測系統(tǒng)對雷云的運(yùn)動趨勢進(jìn)行判斷，根據(jù)雷云臨近的程度發(fā)出預(yù)警，其主要不足在于， 只是對一定區(qū)域在未來的時(shí)間段內(nèi)發(fā)生雷電可能性的預(yù)警，而沒有考慮到要針對具體的被保護(hù)對象的耐雷能力進(jìn)行遭受雷擊后導(dǎo)致產(chǎn)生損害可能性的預(yù)警。應(yīng)該肯定架空輸電線路具有一定的耐雷能力，只有雷電流強(qiáng)度達(dá)到某一定值，其所產(chǎn)生在一定范圍內(nèi)的雷擊才可能導(dǎo)致架空輸電線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)。由此可以推論，只根據(jù)雷云運(yùn)動趨勢是無法對架空輸電線路的雷擊閃絡(luò)進(jìn)行有效的預(yù)警。如《廣西氣象》2003年第2期上發(fā)表的文章“廣西雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)”提出的雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)是通過對各時(shí)段閃電出現(xiàn)次數(shù)、強(qiáng)度、 雷達(dá)回波強(qiáng)度及疊加圖像的動態(tài)分析研究，以期實(shí)現(xiàn)對雷電天氣的實(shí)時(shí)監(jiān)測、定位和趨勢預(yù)警作用。申請人在研究中發(fā)現(xiàn)，該雷電實(shí)時(shí)監(jiān)測預(yù)警系統(tǒng)的構(gòu)想存在不足，其預(yù)警效果并不理想。中國專利文獻(xiàn)(專利號03218711. 4)公開的《簡易型雷暴預(yù)警裝置》，主要由垂直天線振子、雙通道接收機(jī)、大氣平均電場儀、連接電纜及數(shù)據(jù)采集處理器構(gòu)成，據(jù)該專利文獻(xiàn)介紹，其能探測50公里范圍內(nèi)雷暴產(chǎn)生的大氣電場強(qiáng)度及閃電放電次數(shù)，監(jiān)測雷暴的發(fā)展活動。申請人發(fā)現(xiàn)，該裝置存在明顯的不足只能監(jiān)測雷暴的發(fā)展活動，無法給出地閃活動的強(qiáng)度，也沒有考慮具體被保護(hù)對象的耐雷能力，其產(chǎn)生的后果是無法對架空輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行有效的預(yù)警。中國專利文獻(xiàn)公開的《區(qū)域性雷電預(yù)警方法》(申請?zhí)?00310116065. 4)提出首先根據(jù)大氣電場儀確定在所需監(jiān)測的雷電重點(diǎn)防區(qū)范圍內(nèi)是否存在由雷雨云產(chǎn)生的電場， 然后，利用甚高頻接收機(jī)監(jiān)測在所需監(jiān)測的雷電重點(diǎn)防區(qū)范圍內(nèi)是否存在由雷雨云產(chǎn)生的甚高頻電磁輻射波，最后，在同時(shí)監(jiān)測到雷雨云產(chǎn)生的電場和甚高頻輻射波的情況下發(fā)出雷電報(bào)警。該方法是為了克服現(xiàn)有甚高頻云閃多站定位系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜、成本高、且采用干涉法定位存在相位模糊性的缺點(diǎn)，以及大氣電場儀會出現(xiàn)虛報(bào)的不足而提出的。其構(gòu)想是有一定的可行性，但存在的不足是沒有針對特定的被保護(hù)對象，以及沒有考慮具體被保護(hù)對象的耐雷能力，因而無法實(shí)現(xiàn)對架空輸電線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)的可能性進(jìn)行有效的預(yù)警。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是，針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，進(jìn)行改進(jìn)，提出并研究一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是，采用大氣電場儀探測輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，以危險(xiǎn)雷電流為依據(jù)，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，其特征在于，采用預(yù)警程序?qū)旊娋€路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警程序包括輸電線路雷擊預(yù)警程序、電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的基本步驟如下(1)采用大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場，在確定輸電線路附近存在雷云電場后啟動輸電線路雷擊預(yù)警程序；(2)在輸電線路附近選定或確定的范圍內(nèi)，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，查詢當(dāng)前時(shí)刻之前一段時(shí)間內(nèi)的雷電發(fā)生信息；為輸電線路設(shè)置不同距離的緩沖區(qū)，確定包含查詢結(jié)果中任一雷電的最小緩沖區(qū)；并以該緩沖區(qū)大小確定雷擊預(yù)警級別，輸出雷擊預(yù)警級別信息；(3)根據(jù)輸電線路的耐雷參數(shù)確定可使其發(fā)生雷擊閃絡(luò)的危險(xiǎn)雷電流范圍；根據(jù)雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，在輸電線路附近一定范圍內(nèi)查詢從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻的雷電發(fā)生信息，啟動電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序，將查詢到的雷電信息采用電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時(shí)確定符合危險(xiǎn)雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計(jì)算該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值；(4)若基本步驟(3)中該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值大于0，則以該比值為預(yù)警值發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；若基本步驟C3)中該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值為0，則不發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；(5)如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場未消失，則轉(zhuǎn)到步驟(2)；如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場消失，則結(jié)束此次預(yù)警，并結(jié)束電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序和輸電線路雷擊預(yù)警程序。其特征在于，雷擊預(yù)警級別信息包括有紅色警報(bào)、黃色警報(bào)、藍(lán)色警報(bào)三個等級的 fn息ο其特征在于，大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場需要給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值。其特征在于，大氣電場儀判斷雷云電場存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測量狀態(tài)下(平原，平地，無尖端效應(yīng))有雷電發(fā)生情況下的最小場強(qiáng)絕對值設(shè)定的。其特征在于，給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值為士0. 4kv/m。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，構(gòu)想合理，簡便可行，具有很好的操作性和實(shí)用性。通過利用大氣電場儀探測到的雷云電場存在的實(shí)際情況和雷電定位系統(tǒng)獲取雷電發(fā)生信息，啟動輸電線路雷擊預(yù)警程序，并針對架空輸電線路這一特定保護(hù)對象，同時(shí)考慮輸電線路耐雷能力， 實(shí)現(xiàn)架空輸電線路雷擊閃絡(luò)現(xiàn)象的有效預(yù)警。本發(fā)明通過大氣電場儀探測并確定被保護(hù)區(qū)域輸電線路附近是否存在雷云感應(yīng)的電場，以啟動利用雷電監(jiān)測網(wǎng)中的輸電線路雷擊預(yù)警程序進(jìn)行被保護(hù)區(qū)域已發(fā)生地閃的查詢，統(tǒng)計(jì)區(qū)域內(nèi)從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻危險(xiǎn)電流范圍內(nèi)的雷電數(shù)量比率，并依據(jù)該比率發(fā)出該線路雷擊閃絡(luò)預(yù)警信息，其結(jié)果是，能很好地解決目前雷電預(yù)警中存在的“只能監(jiān)測雷暴的發(fā)展活動，無法給出地閃活動的強(qiáng)度，沒有考慮具體被保護(hù)對象的耐雷能力，無法對架空輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的問題”。


圖1、本發(fā)明采用的預(yù)警步驟示意原理2、本發(fā)明采用大氣電場儀監(jiān)測結(jié)果示意圖
具體實(shí)施例方式下面，根據(jù)附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。如圖1圖2所示，本發(fā)明采用大氣電場儀探測輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，以危險(xiǎn)雷電流為依據(jù)，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，采用預(yù)警程序?qū)旊娋€路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警程序包括輸電線路雷擊預(yù)警程序、電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序。下面是本發(fā)明針對2009年3月20日所發(fā)生的一次雷暴過程進(jìn)行輸電線路雷擊閃絡(luò)預(yù)警試驗(yàn)。采用以220kV架空輸電線路一個檔距為預(yù)警實(shí)例。本發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行第一步，開啟該輸電線路附近的大氣電場儀，探測線路附近存在的雷云電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)獲取和收集雷電發(fā)生信息。大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場需要給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值。須知，大氣電場儀判斷雷云電場存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測量狀態(tài)下(平原，平地，無尖端效應(yīng))有雷電發(fā)生情況下的最小場強(qiáng)絕對值設(shè)定的。通常，給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值為士0. 4kv/m。在本實(shí)例中，設(shè)置該大氣電場儀確定雷云電場存在的閾值為4kv/m。圖2給出的大氣電場儀監(jiān)測結(jié)果表明，根據(jù)當(dāng)時(shí)大氣電場儀實(shí)時(shí)監(jiān)測值已經(jīng)超過閾值，這說明在該輸電線路附近存在雷云電場，在確定該輸電線路附近確實(shí)存在雷云電場后，啟動輸電線路雷擊預(yù)警程序，啟動時(shí)間在07:05。第二步，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查找輸電線路附近選定或確定的范圍內(nèi)雷電發(fā)生信息，給出雷擊預(yù)警級別信息。具體做法是，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)在輸電線路該檔距附近30km 范圍內(nèi)查詢當(dāng)前時(shí)刻近10分鐘內(nèi)的雷電發(fā)生信息。為輸電線路設(shè)置不同距離的緩沖區(qū)，在此實(shí)例中設(shè)置線路10km、20km、30km范圍內(nèi)三個緩沖區(qū)。然后，確定包含查詢結(jié)果中任一雷電的最小緩沖區(qū)，即按從小到大順序，依次在10km、20km、30km范圍查找雷電，只要在某個范圍內(nèi)查找到雷電則停止后續(xù)查找，并以該緩沖區(qū)大小等級確定雷擊預(yù)警級別(在此例中三個等級對應(yīng)關(guān)系為IOkm-紅色警報(bào)，20km-黃色警報(bào)，30km-藍(lán)色警報(bào))，輸出雷擊預(yù)警級別信息。第三步，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查詢距離該檔距30km范圍內(nèi)從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻的雷電發(fā)生信息，實(shí)時(shí)查詢結(jié)果匯總?cè)绫?所示。
權(quán)利要求
1.一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，采用大氣電場儀探測輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，其特征在于，采用預(yù)警程序?qū)旊娋€路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警程序包括輸電線路雷擊預(yù)警程序、電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的基本步驟如下(1)采用大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場，在確定輸電線路附近存在雷云電場后啟動輸電線路雷擊預(yù)警程序；(2)在輸電線路附近選定或確定的范圍內(nèi)，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，查詢當(dāng)前時(shí)刻之前一段時(shí)間內(nèi)的雷電發(fā)生信息；為輸電線路設(shè)置不同距離的緩沖區(qū)，確定包含查詢結(jié)果中任一雷電的最小緩沖區(qū)；并以該緩沖區(qū)大小確定雷擊預(yù)警級別，輸出雷擊預(yù)警級別信息；(3)根據(jù)輸電線路的耐雷參數(shù)確定可使其發(fā)生雷擊閃絡(luò)的危險(xiǎn)雷電流范圍；根據(jù)雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，在輸電線路附近一定范圍內(nèi)查詢從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻的雷電發(fā)生信息，啟動電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序，將查詢到的雷電信息采用雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時(shí)確定符合危險(xiǎn)雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計(jì)算該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值；(4)若基本步驟C3)中該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值大于0，則以該比值為預(yù)警值發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；若基本步驟C3)中該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值為0，則不發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；(5)如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場未消失，則轉(zhuǎn)到步驟O)；如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場消失，則結(jié)束此次預(yù)警，并結(jié)束輸電線路雷擊預(yù)警程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，雷擊預(yù)警級別信息包括有紅色警報(bào)、黃色警報(bào)、藍(lán)色警報(bào)三個等級的信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場需要給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，大氣電場儀判斷雷云電場存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測量狀態(tài)下有雷電發(fā)生情況下的最小場強(qiáng)絕對值設(shè)定的。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值為士0. 4kv/m。
全文摘要
本發(fā)明是一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其采用(1)大氣電場儀探測輸電線路附近存在雷云電場，啟動預(yù)警程序；(2)查詢當(dāng)前時(shí)刻之前一段時(shí)間的雷電發(fā)生信息；為輸電線路設(shè)置不同距離的緩沖區(qū)，輸出雷擊預(yù)警信息；(3)根據(jù)輸電線路耐雷參數(shù)確定發(fā)生雷擊閃絡(luò)的危險(xiǎn)雷電流范圍；查詢從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻的雷電發(fā)生信息，用雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評估程序，確定符合危險(xiǎn)雷電流范圍的雷電數(shù)量，計(jì)算該雷電數(shù)量與雷電發(fā)生總量的比值；(4)若比值大于0，則發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟(5)；若比值為0，則不發(fā)出預(yù)警信息，轉(zhuǎn)入步驟(5)；(5)如探測到輸電線路附近雷云電場未消失，則轉(zhuǎn)到步驟(2)；如探測到輸電線路附近雷云電場消失，則結(jié)束預(yù)警程序。
文檔編號G01R19/17GK102426301SQ20111027039
公開日2012年4月25日 申請日期2011年9月14日 優(yōu)先權(quán)日2011年9月14日
發(fā)明者馮萬興, 向念文, 王海濤, 谷山強(qiáng), 趙淳, 郭鈞天, 陳誠 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 國網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司