雷电定位系统在电网中的运用

● 国网大连供电公司 李金哲

雷击跳闸是输电线路及电气设备运行中经常遇到的一种故障，每年占各类跳闸总数的40%～70%。输电线路发生的每次雷击跳闸都可能给线路造成损害，为了确保线路的安全运行，必须尽快找到故障点并加以排除。以往在查找故障点时，要进行大规模的立体式搜素，耗费了很多人力、物力和时间。而应用雷电定位系统，可以快速、准确定位雷击点，还能对雷电的性质（包括雷电流幅值、极性、发生时间等）进行测定和记录，从而为雷击故障的分析、处理提供依据。

1 雷电定位系统的构成与原理

雷电定位系统（LIS）是应用现代雷电监测技术,探测雷电活动规律、落雷点及雷电物理参数的一整套设备。它能够对雷电活动实施全自动、大面积、高精度的监测，遥测雷电闪络发生时的时间、地点、峰值、极性、闪络次数，并能以分时彩图形式显示雷电运动轨迹。正是由于雷电定位系统能够对雷电实施即时、准确的测定，目前已被广泛地应用到电力系统输电线路的运行管理中。

1.1 雷电定位系统的构成

雷电定位系统主要由雷电监测站、数据处理及系统控制中心（中心站）、用户工作站（雷电显示终端）以及必要的通信系统构成。

雷电监测站主要由电磁天线、雷电波波形识别及处理单元、GPS时钟单元、通信、电源及保护单元等构成。雷电监测站的主要功能是测定雷电波的特征量，并将每次雷击闪络发生的时间、地点、方向、强度等即时数据发送到中心站。中心站则对各监测站发来的信息进行分析处理和定位计算，然后将结果发送给用户工作站，存入数据库，并通过雷电信息服务器发布到网络上。

1.2 雷电定位系统工作原理

雷电发生时伴有强光、声和电磁辐射，其中电磁辐射会形成电磁辐射场，而它最适合大范围监测。电磁辐射场主要以低频/甚低频（LF/VLF）沿地球表面传播，其传播的范围直径可达数百千米或更长，这取决于当时的放电能量。地闪和云闪是雷电放电的主要形态，地闪危害地面物体安全，由主放电和后续放电构成，现代光学观测表明，50%以上后续放电在接近地面时会脱离主放电通道，形成新的对地放电点。

雷电定位系统是由多个监测站同时测量雷电电磁辐射场，并剔除云闪信号对地闪定位。监测站利用宽频天线系统和专门设计的电子电路、识别地闪信号，并对地闪每次回击波的峰值进行采样，使测量值与回击波形成的开始部分相对应，并使电离层折反射的影响最小，在理论和技术上可保证测量雷击点和雷电流峰值的准确性。

雷电定位方法主要有定向法、时差法、综合定位法等3种，其中综合法是当前使用最广泛的方法，我国电网90%以上都是采用此种方法。

1.3 雷电定位系统的联网

一个地区雷电定位系统监测站总是有限的，因此其中心站得到的数据或信息量也是有限的，影响到雷电定位的准确性。若将各相邻地区的雷电定位系统边际监测站的信息共享，即可进行互补，又能消除盲区。因此，实现雷电定位系统联网就是一个必然趋势，从而使雷电定位系统进一步得到优化，并向更科学更合理的方向发展。目前，雷电定位系统已经覆盖我国大部分地区。

2 雷电定位系统在电网中的运用

雷电定位系统在各个网省中，由于软、硬件等的差异，可能存在着形式上的不同，但功能和内容基本相同。本文以辽宁电网雷电定位系统为例予以阐述。

2.1 雷电参数查询模式

雷电参数查询，根据系统网络的结构型式的不同，可有3种模式：专线终端、C/S网络终端、B/S网络终端。

专线终端指以专用通信通道（电缆）接受雷电数据的终端，如果距离远，需使用调制解调器，它的实时性较好，可提供完整的统计功能，缺点是必须有专用通道。

C/S网络终端指客户机/服务器方式的终端。客户机安装应用程序，通过网络读取服务器数据，优点是无需专用通道，只要可以访问雷电服务器即可。相比B/S网络终端，由于有安装程序，本地有地图，可以快速进行地图的放大、缩小等操作。

B/S网络终端指浏览器/服务器方式终端。客户端无需安装程序，使用通用的浏览器从网络访问雷电网站即可查询雷电数据，优点是不需安装程序。

辽宁电网采用的是B/S网络终端查询方式。

2.2 雷电参数查询方法

首先进入局域网，点击雷电定位系统服务器网址，通过输入“用户名”及“密码”后即可打开雷电定位系统主页。主页界面上有3个区域：功能区、雷闪地理位置显示区和信息输出区。

2.3 LLS的主要用途及应用实例

（1）快速定位故障点。与传统手段相比，LLS可在秒级时间内定位出雷击故障位置，使巡线效率大大提高。例如：2016年8月12日0时14分，辽宁电网某220kV线路发生跳闸，并重合成功。通过查询，LLS在相应的时间段里给出雷击范围在296号～302号塔之间。经巡线检查，遭受雷击的塔是299号，并发现绝缘子已烧伤。从查询图中可以看出，299号塔附近遭受到第5号雷的雷击，雷击电流为178.8kA。

（2）准确判定故障性质。以往发生线路事故，特别是在雷雨季，由于缺少技术手段，不是雷击被误判为雷击的情况时有发生。自从有了LLS，在处理电网故障过程中首先查看雷电定位系统的反应，并将其作为判定故障性质的一种手段。倘若雷电定位系统没有任何反应，则立即按其他故障（如外力破坏）进行查找，这样大大提高线路的运行管理水平。

（3）雷电数据查询。LLS具有数据查询功能，根据查询获得的数据，可进行雷电活动规律分析，雷电统计报表，划分雷击区，实施预警发布，制定预防雷害事故措施，并可为线路建设与改造提供依据。例如绘制雷电流幅值概率图，利用LLS的参数统计功能，可以直接将所选地区的雷电流幅值概率图绘制或拷贝出来。

（4）防雷评估。由于雷电活动具有不确定性，以往对防雷设施无法评价，妨碍了电网防雷措施的实施与改进。应用LLS可对监视区域及线路走廊的雷电活动实施大面积、高精度、全自动监测，并通过对雷电强度、雷击密度、频率的统计分析和对比，完成对防雷设施进行功效评估。根据LLS提供的数据，可方便地找出线路的“易击段”“易击塔”及防雷设施存在的问题等，从而为线路设计和运行提供参考或依据。

（5）线路雷击预警。闪电定位软件根据实时测得的雷击数据，与多站图形终端上输电线路的地理信息相结合，根据2个值域为计算条件进行自动筛选，实时判断哪条线路、杆塔可能遭雷击，并进行声音报警，提示工作人员提前做好准备，在调度告知某条线路跳闸时，能快速响应。

3 雷电定位系统的设备维护与管理

3.1 中心站（PA）

（1）明确中心站管理部门，辽宁为调度通信部门，并设专人定期对中心站、监测站和通信通道进行检查。

（2）雷雨季节前进行一次全系统的检查维护，确保雷电定位系统的正常运行。

（3）在雷雨季节，每天定时对中心站设备进行检查巡视，并注意接受监测站的故障报警。

（4）闪电定位软件会自动接受、记录各监测站运行信息，并在监测站中断（故障）时，以5分钟一个周期进行提示音报警。维护人员应首先判断是否为网络故障，如果是应及时与通信部门联系处理，如果否应立即通知监测站维护人员对探测仪进行复位处理；倘若5分钟内没有恢复正常，维修人员应及时对监测站进行软件修复或硬件更换处理。

（5）雷雨季节，每月对得到的雷电数据进行整理核对，妥善保存历史数据。

（6）及时更改、添加输电线路信息，及时进行软件升级。

（7）每年对雷击跳闸线路的系统预测信息、查询状态下的电子地图及实际跳闸杆塔、相位等情况做成电子文档存档。

（8）监视雷电系统的运行情况并建立运行记录。运行记录包括系统运行情况、故障发生时间与处理结果等，每年进行线路走廊、省市地区雷电发生情况运行统计分析。

3.2 监测站（TDF）

（1）监测站通常由所在地供电企业负责管理，并设专人维护（主要是电源维护），定期对该监测站巡视检查，发现故障及时上报中心站或经中心站同意后进行简单处理。中心站则根据故障情况派人或请厂家进行处理。

（2）保证雷电监测站与中心站通信线路畅通，发现通道有问题应及时上报中心站，并由中心站与有关单位联系处理。

（3）每年雷雨季节前，对设备运行情况进行一次全面检查，适时更换探头硅胶干燥剂。在雷雨季节中，每月对监测站进行一次巡视检查。

（4）各地监测站除紧急情况外，不得退出运行。

3.3 终端站（LIS）

（1）终端站维护人员负责终端设备运行的日常维护，发现异常及时处理并报中心站。

（2）经授权的用户终端可以登陆查询雷电信息，但不得擅自修改系统信息。用户终端必须每天24小时开机才能保证数据的及时与更新，在雨季每天开机或者查询之前手动进行数据更新，否则查询的结果不能保证准确可靠。

（3）在雷雨季节，每日对终端站进行一次检查，当发现缺少雷电数据时，可手动更新数据或向中心站请求人工远传数据，补齐雷电数据。

（4）线路发生雷击跳闸后，应及时在终端站上进行定位查询，并尽快将查询结果反馈给有关部门，以指导线路故障点的查询。

（5）为保证雷电分析显示终端正常运行，终端维护人员应每月将终端运行及故障处理情况上报中心站。

（6）终端站维护人员要及时对系统软件升级。