雷電流測量技術在電網雷電監測與防護中的運用

■郭軍成

（安順市氣象局 貴州安順561000）

雷電流測量技術在電網雷電監測與防護中的運用

■郭軍成

（安順市氣象局 貴州安順561000）

本文詳細介紹了開展這些關鍵技術研究的目的、意義和思路。指出盡快開展雷電流測量技術研究將獲得目前全世界都普遍缺乏的雷電流實測參數,提升中國雷電監測網的探測效率和定位精度,描繪出中國不同區域的雷電活動特性,更準確地分析和評價輸電線路防雷性能,為科學評價輸電線路雷電屏蔽措施的屏蔽效能提供有效手段,并為中國相關防雷標準和規程的制修訂提供基礎參數和依據。

雷電流測量技術電網雷電監測與防護

1　我國電網雷電監測與防護水平現狀

20世紀80年代末,我國成功研制出雷電定位系統,使我國成為繼美國之后第2個擁有雷電定位技術自主知識產權的國家。同時，日本等電網發達國家也進行了雷電定位系統的研發和建立工作。

1.1雷電基礎參數缺乏

雷電放電涉及氣象、地形、地質等許多自然因素,有很大的隨機性，因而雷電參數具有統計性。長期以來,我國的防雷設計標準普遍缺乏適用的雷電實測參數。20世紀80年代前，雷電流概率分布曲線是基于多年實測的1205個數據統計得出的,后又依據浙江新杭線20多年觀測數據加以修改。雷電日采用氣象部門人工觀測數據。地面落雷密度等參數完全參考國際推薦數據。雷電參數的取值和統計規律受測量技術限制,主要來自局部地區線路的雷電觀測資料和間接推算。雷電活動和地理情況、氣候關系很大,不同區域、不同季節的雷電參數特征相差較大,因此上述參數并不能全面科學地反映我國的雷電活動情況,據此做出的防雷設計及保護措施的效果有待改進。

1.2防雷設計和分析方法不夠完善

目前，國內電網防雷設計與分析工作所采取的計算方法和模型主要有:分析輸電線路反擊耐雷水平采用行波法、基于電磁場的抵消場法、EMTP程序等;分析輸電線路繞擊耐雷水平采用電氣幾何模型(EGM)、先導發展模型(LPM)等。這些計算方法和模型因存在一定假設且一些關鍵參數取值無確切依據而無法適用于各種情況,特別是隨著超/特高壓輸電線路的發展,已顯示出不適應性,如電氣幾何模型、先導發展模型等已無法解釋超/特高壓線路繞擊率大于設計要求的事實。另外,在線路和桿塔結構、地形地貌等方面，現有的輸電線路防雷計算模型未能進行全面細致的考慮。

1.3雷電屏蔽模擬試驗技術有待發展

近年來,電網中應用了一些非傳統的雷電屏蔽措施，其屏蔽效果在實驗室通過模擬試驗加以確認。但是,國內不同實驗室所采取的試驗方法比較混亂，缺乏統一科學的雷電屏蔽模擬試驗方法,其試驗結果值得商榷。文獻提出的全強度全方位的雷電屏蔽模擬試驗方法,由于當時長間隙放電試驗的間隙尺寸較小，所以仍需要進行更大尺寸間隙的試驗驗證。

2　雷電流測量技術

2.1雷電流

為了了解雷電流的波形參數，人們在一些高大構筑物（電視塔、輸電桿塔等）上對雷電流進行了實際監測。由于雷電流的頻率比較高，被擊物體尺寸相對較大，不能用集總參數表示，需要利用波過程理論進行分析。雷電流在傳播時會產生折反射，被擊構筑物不同位置處雷電流的波形就會不同，雷電流監測裝置安裝位置對于測量結果會有很大的影響。因此，雷電流監測工作需要解決兩方面的問題：一是需要對雷電放電過程和被擊物體建立比較精確的模型，研究雷電流的傳播規律，根據實際的測量數據排除被擊物體的影響，還原雷電流的原始波形，這對于雷電流波形參數的監測工作有著指導性的作用；另一個是需要通過分析研究得出雷電流監測裝置的推薦安裝位置，雷電流監測裝置安裝在該位置時，被測雷電流波形的畸變較小。

2.2雷電流直接測量

雷電流參數一直是電網防雷設計的基礎參數，國外在不同地方開展了很多的雷電流直接測量研究工作,如在美國紐約帝國大廈、前蘇聯莫斯科電視塔、南非觀測站、瑞士圣薩爾瓦托山觀測站、加拿大國家電視塔、日本特高壓輸電線路、巴西MCS觀測站等地利用各種雷電流測量裝置測量了雷電流幅值和波形，并獲得了大量的實測數據。

國內主要是利用磁鋼棒在各地以及浙江220kV新杭線等輸電線路上進行了雷電流幅值測量。由于傳統的磁鋼棒法或磁帶(卡)法只能測量雷電流幅值，不能測量雷電流波形,且磁鋼棒或磁帶被多次磁化后只能保留最大雷電流幅值信息,所以測量誤差較大。隨著測量和傳感技術的日益發展，成本不斷下降,有必要且能夠在全國開展更廣泛、技術更先進的雷電流幅值和波形直接測量工作。

與傳統的雷電流測量方法相比,以羅氏線圈型電流傳感器和光纖或無線傳輸構成的雷電流測量系統有著明顯的優點:能夠測量雷電流幅值和波形,精度高，并且采用光纖或無線傳輸信號,解決了由于輸電線路電磁干擾嚴重而對測量系統造成的誤差。

因此，可以通過在全國各典型區域的高塔和輸電線路上大量安裝這種雷電流直接測量裝置,獲取雷電流實測參數，指導不同區域電網的防雷差異化設計，同時標定雷電定位系統雷電流幅值和波形的測量精度。

3　總結

我國在電網雷電監測與防護技術領域已取得許多成果,但雷電流測量技術仍有一些難題亟待解決。針對這些開展研究,將極大提升我國雷電監測與防護的技術水平,也為我國相關防雷標準和規程的制修訂提供基礎參數和依據。雷電流直接測量工作的廣泛開展,既可以獲得目前全世界都普遍缺乏的雷電流實測參數,又是對雷電定位系統遙測的雷電流幅值進行直接校準的有效手段。電網雷電監測與防護是一個需要長期進行研究工作的領域,除本文所提及的關鍵技術之外,一些常規的關鍵問題,如電網雷擊預警技術、桿塔雷電沖擊特性、不同類型絕緣子串伏秒特性曲線、線路沖擊電暈特性、輸電線路防雷仿真系統等也都需要進一步開展深入研究。

[1]陳家宏,張勤,馮萬興,等.中國電網雷電定位系統與雷電監測網 [J].高電壓技術, 2008,34(3):425-431.

[2]陳家宏,馮萬興,王海濤,等.雷電參數統計方法 [J].高電壓技術,2007,33(10):6-10.

[3]胡毅.輸電線路運行故障的分析與防治 [J].高電壓技術,2007,33(3):1-8.

S761.5[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-360-1