PDF《电网雷击故障概率的时空在线预警》

1 3] .但由于大气电场往往 受地面物体的影响而畸变, 且监测范围较小, 反演计 算又不适用于多体雷暴的情况, 故一般作为其他预 报手段的补充[

1 4] . 多普勒气象雷达是气象数据的重要来源.它能 反映云层特征的很多信息, 加以综合分析可以识别 冰雹、 降雨等多种天气特征, 被广泛应用于气象领 域.文献[

1 5 ] 按其回波强度识别雷击区域, 对单体 雷暴效果较好, 而对多体雷暴等情况则需要进一步 研究. 文献[

1 5 ] 通过实测数据, 证实地闪前不一定有 云闪.即使有云闪发生, 通过云闪来预报雷击也无 足够的提前时间, 并不可行. 中国 的雷电监测与定位网已覆盖大部分国土[

1 6] , 能实时而精确地对落雷点定位, 并与电力调 度自动化系统交互, 而大量应用于雷击点定位[

1 7] 、 ―

4 4 ― 第37卷第17期2013年9月10日Vol.37No.17Sept.10,

2 0

1 3 雷电参数统计[

1 7 ] 、 防雷水平评估[

1 8 -

1 9] 、 雷击事故鉴 别[

1 7 ] 等.但是, 在雷击预警方面的应用还在起步阶 段. 设计手册给出的雷击跳闸率是根据历史数据统 计而得到的平均值[

2 0] , 而采用雷电定位系统提供的 历史数据可以提高雷击跳闸率的空间分布精度[

2 1 -

2 2] .但它们都未能按雷暴的实际演变态势而自 适应地调整雷击故障率. 本文根据雷电定位实时数据的时空演变, 来预 报雷电区域, 并动态修正雷击故障概率的时空分布. 首先根据当前时段的雷击信息, 划分雷击分区;

再与 上一时段的分区信息相关联, 预报未来时段可能遭 受雷击的各分区范围, 并动态评估各输电线路的雷 击故障概率.如此逐个时段外推, 在线实现雷击故 障的预警.该方法已在停电防御系统的实际工程应 用中取得很好效果.

1 雷击停电故障的预警 1.

1 雷电对电力设备安全的影响 大气中的云团, 在大气电场、 温差起电效应和摩 擦起电效应的共同作用下, 底部带负电荷, 并在地面 感应出正电荷.当电荷累积到足够多时, 云层与大 地之间的 电容器 击穿, 形成雷电[

2 3] .高达几万安 的雷电流对电力设备的破坏力巨大;

线路过电压会 造成绝缘子闪络而线路跳闸;

在线路中传播的瞬间, 高电压会威胁变电站一次及二次设备的安全.雷击 跳闸可能造成相继故障, 引发大停电[ 9] . 雷电过电压分为感应雷过电压及直击雷过电压 两种.中国6~3 5k V 配电网一般无避雷线, 且自 身绝缘水平低, 其过电压故障9 0%由感应雷造成. 高压输电线则以直击雷为跳闸的主因, 电压越 高, 危害越大.直击雷分为反击和绕击两类.当雷 电击中塔顶或避雷线时, 雷电流在杆塔与避雷线的 波阻抗和接地电阻上的压降使塔顶的暂态电位绝对 值骤升;

当绝缘子两端压差超过其耐受电压时, 造成 反击型闪络.当雷电流绕过避雷线直接击 中导线 时, 造成绕击型闪络. 对于变电站, 雷击会损坏变压器及开关等一次 设备, 并在电位分布不均匀的地网附近产生较高的 感应电势, 影响甚至损坏二次设备. 1.

2 雷击故障的预警框架 图1表示雷电故障的预警流程, 由3个阶段组 成: ①雷电分区的时空预报阶段, 包括实 时数据输 入、 识别、 关联、 外推预报等环节;

②电力设备故障概 率 修正阶段;

③与电力系统安全稳定性分析软件交 互.数据预处理模块读入静态信息, 对参数初始化, 将监控区域网格化.实时数据输入模块读入雷电定 位系统、 多普勒天气雷达、 卫星和大气电场仪等的实 测数据.划分雷电区域模块则优化某时间断面上实 际雷电区域的二维图形描述.关联模块则描述相邻 时间断面的雷电区域的时空演化.外推预报模块依 据具体的演化情况调用不同的外推算法来预报下一 时间断面上的雷电区域.故障概率评估模块则估计 各雷电区域内的电力设备发生故障的概率.风险设 备集输出模块提供预想故障表, 与电力系统安全稳 定性分析软件实现一体化. 图1 雷击停电预警系统框架 F i g .