智能电网中雷电参数监测的探讨

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【摘 要】本文全面介绍了中国智能电网雷电监测的现状，提出了电网雷电监测与防护技术领域亟待开展研究的4项关键技术，为科学评价输电线路雷电屏蔽措施的屏蔽效能提供有效手段，并为中国相关防雷标准和规程的制修订提供基础参数和依据。

【关键词】智能电网 雷电监测

电力系统是由发电、输电、配电三大部分构成的，架空输电线路作为这三大部分的重要组成，它的安全与稳定是我们需要密切关注的。而目前无论是用规程法还是电气几何模型法都无法很好地解释超、特高压输电线路跳闸率以绕击为主的事实，因此对超特高压输电线路的绕击耐雷性能进行研究，对于优化特高压线路设计，使其防雷保护技术更趋完备，具有重要的工程实际意义。在目前没有设计、运行经验的情况下，如何针对绕击雷害的特点做好1000 kV特高压线路的防雷工程设计，以提高线路的安全可靠性，并采取相应的有效防护对策，是亟待解决的问题。随着试验技术、无线通信技术、雷电模拟技术不断进步以及对电网雷击的认识提高，非常有必要系统地对电网雷电的参数监测与防护关键技术进行攻关研究。

1国内外电网雷电监测水平现状

1.1雷电参数测量

关于雷电参数测量和输电线路闪击路径测量，国外曾进行了相关研究，早期采用磁钢片进行定点测量。目前，雷电探测是利用闪电辐射的声、光、电磁场特性来遥测闪电放电参数：时间、位置、强度、极性、电荷、能量等。由于声、光受周围环境的影响很大，很难用于精确测量雷电参数。因此，基于雷电辐射电磁场传播特性的全新数字化雷电监测系统是未来研发的重点。美国、瑞士等国家已经开展了很多工作，根据雷电电磁波的辐射特性，可通过雷电定位系统得到大量估算雷击大地的雷电流峰值、上升时间和雷电电磁场数据反演等的重要参量。但是，现在的研究因模型简单、只能由近场测量值进行雷电流反演计算等限制原因，还不能充分发挥雷电定位系统数据量大、测量范围广等优势。

1.2雷电参数分析与雷害评估

关于雷电参数分析与雷害评估研究，世界上发达国家对雷电的研究一直非常重视。美国是首先将雷电定位监测系统应用于电力系统的国家，并在2000年对第一个10年全国的雷电定位监测运行数据进行详细的分析与研究。日本在90年代末采用在输电线路上加装直击雷记录设备的方法进行雷电流参数，并对雷电定位监测系统测量的雷电流进行校核精度圈。我国特高压线路建设中也非常重视雷电危害的评估，在过去的一年多时间内，多家研究所、高校及国外电力研究部门对特高压线路雷击跳闸率进行了分析计算，但由于未能很好地认识雷电物理过程及掌握雷电参数，各单位得出的研究结果也是差别很大，很难用于工程设计。

2待开展的关键技术

2.1直接测量雷电流

现在国内外对防雷的研究一般只精确到雷击区域或点的大置，并无对输电线路遭受雷击过程进行真实描述，使防雷工作长期无法得到突破。因此，十分有必要对雷击输电线路造成绝缘子闪络的路径进行研究。通过开发出输电线路雷击在线监测系统，实测雷击避雷线、导线和杆塔的电流幅值、波形、极性等参数，直接判断遭受雷击的杆塔位置和雷击形式（绕击或反击），为采取准确灵敏的防雷措施，提供坚强的技术保证。开展输电线路直击雷电流实测研究，可为我国电网获取和积累雷电流实测参数，激活海量雷电定位系统雷电流教据，并为电网防雷工程设计提供依据，降低电网雷害发生，推动我国电网防雷技术的发展。

2.2雷击输电线路模拟与绕击计算方法的设计

在特高压与超高压系统中，因反击耐雷水平升高而造成的绕击跳闸问题十分的突出。并且根据对特高压线路上美国、加拿大等国的防雷运行经验的研究发现，绕击仍是雷击跳闸事故中高压输电线路跳闸的主因。在输电线路往更高电压等级发展和出现新的线路结构时，原有以电气几何模型（EGM）为基础的输电线路直击雷电屏蔽保护，在指导新线路的防雷屏蔽设计时也表现出一些局限性，所以建立适当的输电线路雷击模拟与绕击计算方法能够有效的监测线路的雷击故障。

在输电线路往更高电压等级发展和出现新的线路结构时，原有以电气几何模型（EGM）为基础的输电线路直击雷电屏蔽保护，在指导新线路的防雷屏蔽设计时也表现出一些局限性，所以建立适当的输电线路雷击模拟与绕击计算方法能够有效的监测线路的雷击故障。 目前，以模拟电荷法为基础，计及线路的运行电压和雷电先导通道在地而和线路上的感应电压，建立雷电先导通道模型和输电线路模型的方法得到了很好的应用。

2.3建立雷电数据库

关于基于雷电参数数据库和全波过程模拟的电网“防雷差异化设计”研究，IEC已经开始使用近十多年来的雷电定位系统的监测数据，推荐了典型的防雷设计和校核用雷电参数，但是，仍然是沿用无差别化优化设计思想。随着超高压电网的迅猛发展，尤其特高压输电网的出现，必须利用雷电参数库，根据特高压输电线路的特殊结构和各区域特点，对特高压线路雷害进行正确评估，并找到输电线路容易受雷击并发生闪络的薄弱线段，针对输电线路易闪段重点提出防护措施，实现输电线路的“差异化防雷设计”，可以大大减少电力系统雷害事故，提高系统可靠性，特别是在特高压输电系统，建立一个完整、可靠的雷电数据库显得尤为重要。

2.4雷电屏蔽模拟试验技术

雷电屏蔽模拟试验技术的主要思想是用长间隙放电来模拟自然雷击的过程，其理论基础是二者之间的相似性。因通过长间隙放电来模拟雷击过程是不可行的，所以可以利用长间隙放电来模拟雷击的自然放电。通过对不同长度间隙进行冲击放电试验，可观测雷击放电过程并得到各种物理参数的变化规律，用于雷电屏蔽的各种仿真研究。

3结论与展望

在电力系统中，防雷工程是一项复杂、系统的工程。目前，虽然在智能电网的雷电监测与防护领域我国已经取得不少成果，但仍有不少关键技术难题亟需解决。只有结合各种系统的实际情况，并综合应用本文讨论过的各种防护措施，才能提高智能电网的防雷水平，减少各种雷害事故对电网的影响，提高电网的安全运行水平。除此之外，通过对本文讨论的各项关键技术开展分析与研究，还会为我国相关防雷标准和规程的制定与修改提供一定的依据。

参考文献：

[1]国网武汉高压研究院.国网需电监测网络方案及相关技术研究[R].武汉：国网武汉高压研究院，2007.