雷电定位系统在输电线路雷击故障点巡查中的应用及分析

2011-05-29郭谡

浙江电力 2011年2期

郭谡

（杭州市电力局，杭州 310009）

雷电是一种自然灾害，输电线路在遭受雷击后，若雷电冲击电流超过线路的耐雷水平，将会导致线路跳闸、绝缘子闪络缺陷，甚至发生导、地线断股及断线等故障，造成线路停运。

临安市是杭州西郊的的重雷区，通过对近几年线路跳闸原因数据的统计，每年输电线路因雷击造成的跳闸次数与线路总跳闸次数的占比均达到90%以上。一旦发生线路跳闸，线路巡视人员需对线路进行全线巡视以查找故障点，并攀登杆塔查明缺陷情况。而雷击的发生地点是不确定的，为查明线路雷击缺陷点，运行人员往往要翻山越岭逐基检查杆塔，少则十几基，多则几十基，工作量十分巨大。

为快速、准确地定位线路雷击故障点，临安市供电局于2007年4月将雷电定位系统投入了本地化应用。4年多的应用表明，该系统能够为故障巡视提供更多的依据和帮助，达到了缩小故障巡视范围、降低巡视人员工作强度的目的。

1 基于输电线路专业的雷电定位应用

1.1 雷电定位系统的组成及定位原理

雷电定位系统由雷电探测站、监测中心服务器、通信网络和用户应用终端等部分组成，如图1所示。

雷电发生时，雷电电磁波以光速向四周传播，雷电探测天线将接收到雷电电磁波的信号。信号通过通信设备传送到中心站的相应端口上，中心数据分析处理服务器对各路信号进行处理，根据多个探测站所测得的雷电波方向和到达时间差，经过计算、分析，便可测定雷击发生点的经纬度。测得的雷击位置以图形方式直观反映在用户终端的地理信息系统中。生成的雷电图形直接反映了雷击发生的时间、经纬度、雷电流幅值和极性、回击次数等参数。

图1 雷电定位系统组成

1.2 雷电定位系统在输电专业上的应用

输电线路运行单位是雷电定位系统的主要用户，需要事先对输电线路杆塔的GPS坐标进行测量并录入雷电定位系统的应用终端。

线路路径录入后也将以图形方式显示在地理信息系统中。作为用户，可按照图形化的线路路径，根据需要对发生于线路周围的雷击点进行检索和分析，以指导线路雷击故障点的查找。

2 系统运行实例及问题分析

2.1 低落雷密度条件查询实例及分析

2007年6月22日，调度通知110 kV青於线于17∶40保护动作跳闸，测距9.5 km，重合成功。当日为雷雨天气，启用雷电定位系统进行分析，把查询的时间段定为 17∶39∶00-17∶41∶00 共2 min的跨度，查询范围为沿线1 km半径区域。

图2 青於线雷电查询结果

根据雷电定位显示，在设定查询条件内仅有一个落雷，如图2所示，该落雷的时间与线路跳闸时间吻合，为17∶40∶40，雷电流较大，系统给出可能的雷击杆塔号为32号-34号。同时，根据调度提供的故障测距，在雷电定位系统的线路路径上进行距离测算，显示为9.5 km处的32号塔。综合以上信息，以32号塔为出发点，两侧各扩展2基杆塔，即以32号-30号、33号-34号的范围和顺序进行登杆检查。经过实际巡视，很快发现31号塔A，B，C三相绝缘子发生雷击闪络。

以上是雷电定位系统在低落雷密度条件下支持查询线路雷击故障点的一次典型事例。

但在实际运行中，绝大多数的线路跳闸发生在高落雷密度的条件下，有时往往1 s内沿线就有多次雷击，若查询时间为2 min，则沿线的落雷点将达到几十个甚至上百个，这对判断线路雷击故障点不仅不能形成提示，反而成为干扰。而过小的时间跨度有可能将实际雷击点排除在外。因此，确定时间间隔是查询准确的关键。

理想情况下，通过获得精确至毫秒级的线路跳闸时间，再将查询时间跨度适当扩大至前后若干秒，通过尽量小的时间跨度便可锁定雷击点。但实际上，由于各变电站内故障录波、调度自动化等装置与雷电定位系统之间的GPS时钟存在误差，各站（所）的GPS时间很难与雷电定位系统保持一致。以往实际线路跳闸查询和分析表明，该误差从几毫秒到十几秒不等。

3.2 高落雷密度条件查询实例及分析

2008年8月22日14∶32，调度通知110 kV岗平线开关跳闸，重合成功，故障相为A相，测距13.2 km。启用雷电定位系统进行分析，先将查询时间段定为 14∶31∶00-14∶33∶00，查询范围依然为沿线1 km半径。结果显示，沿线落雷达71个，且雷击点基本沿全线分布，对实际雷击位置无法做出判断。

通过调度自动化系统获知线路跳闸的精确时间为14∶32∶42.481，故将查询时间间隔缩小至1 min，即 14∶32∶00-14∶33∶00。结果显示沿线落雷45个，全线均有分布，依然无法对线路故障点位置给出有效提示。但观察查询结果，围绕调度自动化系统提供的跳闸时间， 14∶32∶29-14∶32∶35和 14∶32∶47-14∶32∶53 均有较大跨越，考虑系统时间误差，再次缩小查询时间条件，设定查询时间段为 14∶32∶35-14∶32∶47，结果显示沿线有 19次雷击，且在该时间段内，36号-38号塔附近出现了多次雷击，系统提示几次雷电幅值较大的雷击点所处的耐张段均包含37号塔，因此，37号塔前后为故障点的可能性较大。启用雷电定位系统中的杆塔测距功能进行测距，发现13.2 km处为36号塔前后。综合以上信息，以37号塔为中心，两侧各扩展2基塔进行检查，最终发现故障点为35号塔A相闪络，而35号与37号之间的距离约为1 km。

从以上实例可以看出，选取适当查询时间段十分重要。但从实际巡线结果来看，雷电定位系统中提示的雷击点位置与线路实际发生雷击的位置仍然存在较大偏差，该偏差主要来源于雷电波传播过程中的波形变化和系统的计算误差。同时，线路杆塔的GPS坐标也存在一定的测量误差。因此，在测量和录入线路杆塔GPS坐标时，应尽量提高其精度，从而减少误差来源。

从以上分析可见，系统计算生成并反映在地理信息图中的雷击点并非实际位置，也就是说沿线路路径分布的雷击点，并不是距离线路越近其击中线路的可能性越大。因此，在系统实际应用中，不能把雷击点距离线路的远近程度作为判定实际雷击位置的绝对依据。

3.3 系统实用问题分析

定位精度误差和系统间GPS时钟误差是雷电定位系统定位不够准确的主要原因。但是在当前的系统算法及定位条件下，定位精度无法得到进一步的提升，而完全统一各变电站（所）与雷电定位系统的时钟也存在一定的困难。因此，对于带有距离保护的110 kV及以上线路，仍应重视故障测距数值，但对于含分支线的线路，由于以往只能依赖故障距离这一参数，一旦雷击故障测距位置超过线路T接点，就很难确定故障点所在的支线。通过雷电定位系统，可以快速判断雷电所在的区域，以故障测距点为基础，结合雷电定位系统给出的雷击点进行综合判断，以尽快确定巡视范围。

而对于没有距离保护装置的35 kV及以下线路，系统给出的落雷点分布可作为故障查询的主要依据，在低落雷密度情况下，可仅对落雷点附近的若干杆塔展开故障点的查找工作；当落雷密度较高时，应在确保雷击点时间与保护动作时间尽量重合的情况下，以雷电分布为基础，结合线路以往易雷击区段、杆塔所处的位置地形、雷电流的大小等进行综合分析，合理划分巡视区段，以达到尽快查获故障点的目的。

另外，低落雷密度情况下发生线路跳闸时，可能出现检索不到雷电的情况，原因主要是雷电测量误差或者杆塔录入GPS坐标精度有误差以及雷电探测基站未捕获雷电信息。出现这种情况时，可适当扩大检索半径，如将默认的1 km增大到2 km。若依然无法检索到雷电，笔者认为，超过2 km以外的落雷点将不再具备参考意义。