丁荣杰
国网浙江安吉县供电有限公司，安吉县递铺镇昌硕东路298号 313300
摘 要：高压输电线路由雷击造成的跳闸事故约占总跳闸次数的 40％～70％。雷电定位系统目前作为电力公司电网事故鉴别的第一手段，与传统手段相比,在第一时间内就能快速定位最近雷击故障杆塔或雷击点,一是缩短了巡视范围，极大提高了巡线工人劳动生产率；二是借助系统参数可以大概率判断故障是否由雷击引起，在极端天气下可以延迟巡线时间，保障巡线工人的安全。
关键词：输电线路、雷击跳闸、雷电定位、雷电参数、事故鉴别
0 引言
高压输电线路是电网的主干架，作为电力系统的主网支撑电能的输送。虽然我国的电网经过逐年改造已经日趋坚强，较少出现因输电线路的故障造成全所失电的情况，但因备自投的动作特性瞬时负荷的损失往往不能避免，且故障跳闸线路不能及时恢复送电将影响电网运行可靠性。因此如何提高查找故障点及恢复送电的时间效率值得探讨研究。而据统计表明，雷击引起的跳闸是线路故障的主要原因之一（高压输电线路由雷击造成的跳闸事故约占总跳闸次数的 40％～70％[1]）。以湖州地区为例，2015年至2019年累计发生110千伏输电线路非外破性故障跳闸32次，其中雷击故障13次（占比40.6%，为各项原因之最）。故雷击成为高压输电线路跳闸的首要威胁因素。
雷电定位系统，是根据输电线路发生雷击后的电气量信息或者雷电探测站探测到的雷电信息查找雷击点的位置。对输电线路雷击点迅速准确的定位，有助于减轻人工巡线的艰辛劳动，还可以查找线路上的隐患和薄弱环节，提高供电可靠性，减少经济损失[2]。因此，利用雷电定位快速查找真实故障点区段的深入研究具有实际应用价值。
1 雷电定位系统的构成原理及应用
雷电定位系统（Lightning LocatingSystem，简称LLS）是一种大面积、全自动、实时性雷电定位系统[3]。系统采用GIS（地理信息系统）、CPS（全球卫星定位系统）和RS（遥测系统）等先进的现代
技术，自动实时遥测雷击发生的时间、地点、雷电流幅值、极性和回击次数等雷电特征参数，对快速查找雷击事故点、雷暴预警、保证系统安全运行以及进行雷电观测、掌握雷电活动规律有着重要意义[4]。
1.1 雷电定位系统的构成。
雷电定位系统主要由三大部分构成：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）。除去三大支撑系统,通信系统是组成LLS的另一大支撑环节,目前广泛采用光纤、微波、卫星、网络电信ADSL和移动GPRS多种通信手段。
雷电监测站主要由电磁场天线、 雷电波波形识别及处理单元、高精度晶振及GPS 时钟单元、通信、电源及保护单元等构成[5]。 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原始测量数据发送到中心站。中心站机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。
1.2 雷电定位系统的原理
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。 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[6]。
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。
2 真实线路故障案例分析
2.1 故障情况与线路参数
2020年6月5日14时34分23秒，220千伏花城变35千伏花金3361线接地距离Ⅰ段，过流Ⅰ段保护动作，开关跳闸、重合成功，故障相ABC，保护测距7.78千米（花金3361线#36塔至#37塔），故障电流5.946千安；2020年6月5日14时34分23秒220kV花城变35千伏花千3366线接地距离Ⅰ段，过流Ⅰ段保护动作，开关跳闸、重合成功，故障相ABC，保护测距12.5千米（区外），故障电流5.946千安。
花金3361线、花千3366线#37塔线路三相导线为双回路垂直排列，从上至下相序依次为ABC。故障杆塔为#37（直线塔）塔型为778（呼高21米），相邻#36（耐张塔）塔型为JGuT2（呼高18米），#38（直线塔）塔型为778（呼高18米）。导线型号为LGJ-300/25，地线型号为JLB20A-50。故障杆塔直线串绝缘配置为单联合成绝缘子，合成绝缘子型号为FXB-35/70。故障区段位主要地形为平原，现场位置为农田、养殖塘。
2.2 雷电定位系统查询情况
经雷电定位查询，故障时间段（查询时间5分钟，查询半径2公里）落雷的参数如表1所示。根据变电站内现场保护信息及录波数据分析，花金3361线、花千3366线故障动作时间为2020年6月5日14时34分23秒，故障相ABC，与表中的第3条参数吻合。
表1 故障时段雷电定位查询参数
序号 时间 电流（kA） 回击 距离 最近杆塔 线路两端测距
1 2020-06-05
14：29：40 141.3 单次回击 4113 33~34 前侧7.2，后侧4.7
2 2020-06-05
14：34：22 -12.5 主放电 3135 8 前侧1.5，后侧10.4
3 2020-06-05
14：34：22 204.9 单次回击 1014 33~34 前侧7.1，后侧4.8
3 2020-06-05
14：38：28 8.3 单次回击 3089 29~30 前侧6，后侧5.9
2.3 真实故障点查找分析
根据雷电定位系统查询情况和故障测距，输电特巡人员对花金3361线、花千3366线#34塔至#38塔登杆检查。经登杆检查发现，花金3361线、花千3366线#37塔三相合成绝缘子有闪络痕迹，其他无异常，对运行无影响，实测接地电阻1-4#腿分别为：0.52Ω、0.57Ω、0.52Ω、0.55Ω, 满足运行、设计要求，匹配表1第3条参数雷电流204.9kA。
综合花千3366线、花金3361线故障区段雷电定位、现场地形及故障区段巡视结果经综合分析，认为本次线路故障由雷击引起，与表1第3条落雷参数，即14时34分22秒331毫秒距#33塔至#34塔间1014米落雷相关性较大，雷电流幅值为204.9千安，从落雷位置、雷电流幅值等方面分析可初步判断雷击类型为反击。
3 雷电定位系统的作用
3.1 雷电定位系统快速定位
以花金、花千线故障为例，花千线的保护测距为12.5千米，该距离已属于线路区外，因此保护测距的信息并不准确。目前变电站内的保护测距是输电线路跳闸寻找故障点的重要参照数据，但因为二次设备参数调校的原因，存在少数参数不正确的情况。在因雷击引起线路故障跳闸时，雷电定位系统的故障定位参数就能够及时补充，同样可以为线路故障查找缩短时间。
其次，在变电站内保护测距准确的情况下，雷电定位系统的参数定位与测距相吻合，那么就可以初步判断故障点的位置及此次跳闸的故障性质（雷击），线路巡视工人可以在极短的时间内直接赶赴故障点开展巡视，大大缩短故障查找时间，提升效率。
3.2 雷电定位系统的雷击事故鉴别
在没有雷电定位系统之前，输电线路故障跳闸无法判断是否与故障跳闸是否与雷击有关，需要人工巡视去判断线路的真实故障原因。而引起输电线路故障跳闸的原因有多种，包括外力破坏、鸟害、蛇害、雷害等。不同的故障原因对线路的损伤程度不同，其中外力破坏的金属性接地最为严重，需要快速查找出故障点并视导线损伤程度及时修补导线。以往雷雨季,因极端天气原因，无论电网事故是否经现场故障巡视,常会习惯性定性为雷害事故,这样就可能未及时发现和处理非雷击事故,强送电的情况下可能会造成更严重的电网事故。
现在,在雷电定位系统的普及应用后，电力公司在处理电网事故中,都会先判断故障跳闸时间段内，线路路径走向附近是否发生过雷电活动，将此技术手段做为事故鉴别第一手段。借此可以快速判别故障跳闸是否为雷击事故，减少误判从而保障电网安全运行。
4 结论
雷电定位系统与传统手段相比,在第一时间内就能快速定位最近雷击故障杆塔或雷击点。其作用一是缩短了巡视范围，极大提高了巡线工人劳动生产率；二是借助系统参数可以大概率判断故障是否由雷击引起，在极端天气下可以延迟巡线时间，保障巡线工人的安全。
雷电定位系统的普及推广应用，对电力系统安全生产、提高劳动生产率和科学管理水平上产生了较大的经济和社会效益。
参考文献：
[1] 梅贞,陈水明,顾勤炜,等. 1998~2004 年全国雷电灾害事故统计[J]. 高电压技术,2007,33(12):173-176.
[2] 郭小红. 高压输电线路雷击综合定位方法研究[D].北京:华北电力大学电气与电子工程学院, 2016:1
[3] 张建春. 雷电定位系统在湖南永州的应用与分析[J]. 高电压技术，2003，29（8）：55-56.
[4] 刘晓冬 ，苏红梅 ，孙增杰等.应用雷电定位系统对河北南网雷电活动的分析 [J].河北电力技术，2002（5）：12-14.
[5] 陈家宏,张 勤,冯万兴,方玉河.中国电网雷电定位系统与雷电监测网[J].高电压技术，2008（3）：425.
[6] 李金哲.雷电定位系统在电网中的应用[J].大众用电，2018（3）：25.
作者简介：
丁荣杰（1993.04－），男，浙江长兴，助理工程师，长期从事输电线路运维工作。