姜宇 于福友 苏兆强 闫姿硕 云成堃
山东农业大学 泰安市 27100
摘要：雷击是一中随机性很强，发生速度极快的自然现象。在电力系统的过程中，雷击是对其稳定安全运行的最大威胁。本研究对我国数十年来发展的继电保护防雷监测技术进行了归纳汇总。详细阐述了雷电参数的采集，在线监测，实时预警，故障抢救，防雷保护等一些列过程。输电线路雷击故障在线监测的发展历程经历了人工巡检，模拟式监测，数字式监测，远程监测的发展过程。随着柔性负荷技术与智能化电网电网技术的进步，基于AI的智能化输电线路雷击故障在线监测与防护技术将成为我们研究与发展的目标与方向。
关键词：雷击故障；在线监测；输电线路
0引言
雷电作为一种在雨季常见的自然现象,对电力系统的稳定运行一直有着较大的影响，其引发的瓷质绝缘子闪络更是架空输电线路平稳运行的首要威胁。雷击经常会造成大面积的变电站停电事故与线路跳闸，极大的影响了广大居民的正常生活与工业生产。随着我国能源结构供给侧的调整，供电范围与输电距离的增长，我国电网输电线路引入了超高压，特高压的输电线路，其运行环境容易遭到雷电天气的影响，发生接地短路故障或雷击。在发生故障后，若缺乏相应的监测手段很难迅速的排查故障点，抢修事故。良好的实时雷击故障监测技术，不仅仅方便排查故障点，而且可以提前加强安全防护措施，避免灾难的发生，降低人力物力抢修成本与时间成本，避免造成较大的经济损失。
1.发展历程
上世纪90年代初的闪电定位技术我国开始雷击监测与防护的第一步。自上世纪90年代，气象部门开始建立雷电定位站。目前山东省的电场，闪络定位监测站有15余。电场仪虽然能够立即检测到雷电数据，但对于电力系统输电线路上累积的监测依然具有非直观性与确定性，无法指导工作人员迅速反应处理故障。 进入21世纪初期，广域雷电地闪监测系统成为了国网工作人员监测故障的首要手段。随着技术进步，模拟式广域雷电地闪监测系统转变成了更加精准快捷的数字式广域雷电地闪监测系统。此外，分布式雷障在线监测技术也开始广泛应用在各省市。雷击故障辨识度高达96%。绕击反击检测率也超过95%。21世纪10年代，随着计算机技术与雷电光学研究的深入，雷电高清影像分析与识别开始用于380kv，550kv的高压线路中。
在电网输电线路防雷保护技术方面，从开始的交流线路避雷器，逐渐演变为如今的高压直流避雷器。±800 k V直流线路避雷器也在世界首次挂网试运行。并联间隙防雷可以有效的抑制过电压与疏导电弧。2010-2020年，我国的线路跳闸率与雷击闪络事故率逐年下滑，居世界第一位。
2.研究现状
2009年，武汉大学电气学院研究了一种远程在线监测雷击波形与雷电参数的技术。此研究采用Rogowski线圈电流传感器，将电流线号转为电压信号，获得的数据通过服务器传至控制室，上传至上位机进行数据计算储存。采集装置置于野外的输电线路与避雷针上，历时两年，研究团队得出了与实验室模拟雷电电流不同的实验数据，发现数据中存在波头时间小于1μs和波形幅值激烈振荡的特性，对于今后实践中的故障数据高速采集与判别具有指导作用。
2014年南京信息工程大学设计了一项基于ARM控制器的智能电力系统雷电检测装置，采用了光耦隔离，将罗氏线圈的电流控制在3.3A内，测量灵敏度约为0.612 V/k A。
2015年湖北省电力公司电力研究院用Apriori关联规则，对多源融合雷击数据进行计算研究，得到了在湖北省多雨季节时大概率产生闪络，电力系统接地短路故障的定量条件。得到了符合条件的平均气压，水汽压，温湿度等参数的预警范围。
2018年华南理工大学电气学院，针对目前电网雷击故障监测没有反应雷击时变的弊端，设计了一个新的雷击风险评估模型，此团队拟合出极端雷电流的GEV概率分布，联合改进电气几何模型和风险等级划分方法进行了优化。目前此评估方法已经用于河南某市的电网输电运行监测中。
我国电力研究院通过对磁钢棒配方和生产工艺的改进, 研制出了涡流损耗、分散性更小、灵敏度更高、线性度更好的新型磁钢棒, 以及采用定制双Helmhotz线圈磁通计进行磁钢棒检磁，设计出的特高压输电线路防雷监测系统可以得到雷电流的幅值与方向，直接判别出雷击故障导致的短路类型。
国网电力科学研究院武汉南瑞电力公司，采用了数据挖掘技术来分析雷电检测的情况。基于雷电监测数据,融入大气电场、卫星云图、气象雷达数据,采用数据挖掘技术预测雷暴团运动趋势实现雷电预警。具体实例表明,预警提前时间为10~30 min,预警平均空间误差为5~15 km,预警有效率达75%~85%。
3. 关键技术与发展难点
(1) 雷电流幅值参数的测量能力是电网防雷监测的关键与难点之一。雷击产生的电磁波具有瞬时性的特点，在输电线路易衰减与畸变。且雷击波以光速传播，在采集数据时具有较大的误差。目前的雷电测量装置精确度还不够高，采集后期较长，这都增加了实时监测的难度。
(2)雷击点电网分布图与雷击定点辨识存在技术缺陷。在产生雷击故障后，如何远程锁定并呈现出故障点的雷击电网分布图，如何联系各地的电网运行中心将各地的雷击数据进行汇集提取具有难度。若某个监测点出现异常或设备故障, 又会增加雷击故障与非雷击故障的判断难度, 更无法辨识出绕击、反击故障。
(3) 直流线路因主放电后续回击造成单、双极闭锁事故仍有发生,现有雷电监测数据需在后续回击层面深度挖掘利用,多次后续回击或短时多重雷击导致线路防雷性能下降的机理有待更深入分析,相关的直流线路继电保护有提升空间。我国电网逐步形成了一些输送功率大、线路排列紧密、扮演区域输电枢纽角色的输电通道,雷击造成输电通道内多回线路同时跳闸会严重威胁供电可靠性,现有雷电监测手段可满足输电通道雷电地闪监测需求,输电通道内多条线路的引雷特性、雷电屏蔽特性、在不同区段发生雷击同时跳闸机理及通道雷击故障特征等有待更深入研究,输电通道防雷措施配置策略有待完善。配电网线路分布密集,本质防雷性能薄弱,配电线路档距通常小于广域雷电地闪监测精度,难以准确找出造成跳闸的雷电地闪开展针对性分析,配电线路结构特点与输电线路迥异,防雷评估不可照搬输电线路已有的成熟技术,同时配电网现有防雷措施可靠性、适用性仍不足。
4.展望与总结
随着技术的进步，我国此领域的技术研究从单一的气象雷电定位检测，发展到模拟式监测，进而发展为数字式监测。许多研究者也分别从数据采集，故障应急，故障保护等多方面进行了技术改良。智能电网技术是电力系统发展的最终目标，基于AI和智能终端的电网雷击故障预测，根据网络的拓扑结构计算检测过程中的各项数据，将是未来发展的一个主要趋势。
5.参考文献
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