輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警

前言

專業(yè)名詞中英文對(duì)照表

第1章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)基本知識(shí)

1．1 風(fēng)險(xiǎn)源

1．2 風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程

1．3 風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果

1．4 風(fēng)險(xiǎn)因子

1．5 風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)指標(biāo)

1．6 風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)

1．7 風(fēng)險(xiǎn)源臨近預(yù)測(cè)

1．8 風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估

1．9 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

第2章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)技術(shù)

2．1 風(fēng)險(xiǎn)源探測(cè)

2．2 風(fēng)險(xiǎn)過(guò)程探測(cè)

2．3 風(fēng)險(xiǎn)結(jié)果探測(cè)

第3章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)源特征分析

3．1 雷擊風(fēng)險(xiǎn)源特征統(tǒng)計(jì)方法

3．2 區(qū)域雷擊風(fēng)險(xiǎn)源分布特征

3．3 線路走廊雷擊風(fēng)險(xiǎn)源分布特征

第4章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)源臨近預(yù)測(cè)技術(shù)

4．1 基于大氣電場(chǎng)的雷擊風(fēng)險(xiǎn)源臨近預(yù)測(cè)

4．2 基于雷電定位信息的雷擊風(fēng)險(xiǎn)源臨近預(yù)測(cè)

4．3 基于衛(wèi)星云圖的雷擊風(fēng)險(xiǎn)源臨近預(yù)測(cè)

4．4 基于雷達(dá)回波的雷擊風(fēng)險(xiǎn)源臨近預(yù)測(cè)

4．5 多種預(yù)測(cè)方式比較

第5章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估技術(shù)

5．1 雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估相關(guān)模型

5．2 雷擊風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估方法

5．3 雷擊風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估實(shí)例

第6章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警技術(shù)

6．1 預(yù)警流程

6．2 預(yù)警對(duì)象及區(qū)域設(shè)定

6．3 風(fēng)險(xiǎn)源臨近強(qiáng)度計(jì)算

6．4 輸電線路雷擊概率預(yù)測(cè)

6．5 輸電線路雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警

6．6 預(yù)警等級(jí)劃分

6．7 信息發(fā)布

第7章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)

7．1 系統(tǒng)組成

7．2 系統(tǒng)應(yīng)用

7．3 系統(tǒng)運(yùn)維

第8章 雷擊風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警典型應(yīng)用

8．1 運(yùn)維檢修工程應(yīng)用

8．2 調(diào)度運(yùn)行應(yīng)用

8．3 基建施工工程應(yīng)用

8．4 其他應(yīng)用

附錄A 雷擊放電過(guò)程

附錄B 我國(guó)部分市級(jí)行政區(qū)地閃密度值

附錄C 雷電危險(xiǎn)度綜合指數(shù)計(jì)算方法2100433B

雷害是影響輸電線路安全運(yùn)行的主要因素之一，一直受到全球電力工作者的廣泛關(guān)注?！遁旊娋€路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警》結(jié)合編者近年開展的研究實(shí)踐工作，從雷擊風(fēng)險(xiǎn)基本知識(shí)入手，較為系統(tǒng)、全面地闡述了雷擊風(fēng)險(xiǎn)探測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)源特征分析和臨近預(yù)測(cè)、風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)態(tài)評(píng)估和預(yù)警等關(guān)鍵技術(shù)以及工程應(yīng)用等內(nèi)容。

《輸電線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警》可為從事雷電防護(hù)技術(shù)研究的專業(yè)人員提供指導(dǎo)，可為從事電網(wǎng)運(yùn)維檢修、調(diào)度運(yùn)行、基建施工等工作的專業(yè)人員以及相關(guān)管理人員提供參考，也可作為對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與預(yù)警感興趣的大眾讀者入門的向?qū)А?/p>

1.《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》采用大氣電場(chǎng)儀探測(cè)輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場(chǎng)，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，其特征在于，采用預(yù)警程序?qū)旊娋€路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警程序包括輸電線路雷擊預(yù)警程序、電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，對(duì)輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的基本步驟如下：

（1）采用大氣電場(chǎng)儀探測(cè)輸電線路附近是否存在雷云電場(chǎng)，在確定輸電線路附近存在雷云電場(chǎng)后啟動(dòng)輸電線路雷擊預(yù)警程序。

（2）在輸電線路附近選定或確定的范圍內(nèi)，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，查詢當(dāng)前時(shí)刻之前一段時(shí)間內(nèi)的雷電發(fā)生信息；為輸電線路設(shè)置不同距離的緩沖區(qū)，確定包含查詢結(jié)果中任一雷電的最小緩沖區(qū)；并以該緩沖區(qū)大小確定雷擊預(yù)警級(jí)別，輸出雷擊預(yù)警級(jí)別信息。

（3）根據(jù)輸電線路的耐雷參數(shù)確定可使其發(fā)生雷擊閃絡(luò)的危險(xiǎn)雷電流范圍；根據(jù)雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，在輸電線路附近一定范圍內(nèi)查詢從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻的雷電發(fā)生信息，啟動(dòng)電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，將查詢到的雷電信息采用雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時(shí)確定符合危險(xiǎn)雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計(jì)算該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值。

（4）若基本步驟（3）中該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值大于0，則以該比值為預(yù)警值發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟（5）；若基本步驟（3）中該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值為0，則不發(fā)出預(yù)警信息，然后轉(zhuǎn)入步驟（5）。

（5）如果大氣電場(chǎng)儀探測(cè)到輸電線路附近雷云電場(chǎng)未消失，則轉(zhuǎn)到步驟（2）；如果大氣電場(chǎng)儀探測(cè)到輸電線路附近雷云電場(chǎng)消失，則結(jié)束此次預(yù)警，并結(jié)束輸電線路雷擊預(yù)警程序。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，雷擊預(yù)警級(jí)別信息包括有紅色警報(bào)、黃色警報(bào)、藍(lán)色警報(bào)三個(gè)等級(jí)的信息。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，大氣電場(chǎng)儀探測(cè)輸電線路附近是否存在雷云電場(chǎng)需要給大氣電場(chǎng)儀設(shè)置確定雷云電場(chǎng)存在的閾值。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，大氣電場(chǎng)儀判斷雷云電場(chǎng)存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量狀態(tài)下有雷電發(fā)生情況下的最小場(chǎng)強(qiáng)絕對(duì)值設(shè)定的。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法，其特征在于，給大氣電場(chǎng)儀設(shè)置確定雷云電場(chǎng)存在的閾值為±0.4千伏/米。

根據(jù)附圖詳細(xì)描述該發(fā)明的實(shí)施例。如圖1圖2所示，該發(fā)明采用大氣電場(chǎng)儀探測(cè)輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場(chǎng)，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，以危險(xiǎn)雷電流為依據(jù)，對(duì)輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，采用預(yù)警程序?qū)旊娋€路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，預(yù)警程序包括輸電線路雷擊預(yù)警程序、電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序。下面是該發(fā)明針對(duì)2009年3月20日所發(fā)生的一次雷暴過(guò)程進(jìn)行輸電線路雷擊閃絡(luò)預(yù)警試驗(yàn)。采用以220千伏架空輸電線路一個(gè)檔距為預(yù)警實(shí)例。該發(fā)明具體實(shí)施時(shí)，按照以下步驟進(jìn)行：

第一步，開啟該輸電線路附近的大氣電場(chǎng)儀，探測(cè)線路附近存在的雷云電場(chǎng)，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)獲取和收集雷電發(fā)生信息。大氣電場(chǎng)儀探測(cè)輸電線路附近是否存在雷云電場(chǎng)需要給大氣電場(chǎng)儀設(shè)置確定雷云電場(chǎng)存在的閾值。須知，大氣電場(chǎng)儀判斷雷云電場(chǎng)存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量狀態(tài)下（平原，平地，無(wú)尖端效應(yīng)）有雷電發(fā)生情況下的最小場(chǎng)強(qiáng)絕對(duì)值設(shè)定的。通常，給大氣電場(chǎng)儀設(shè)置確定雷云電場(chǎng)存在的閾值為±0.4千伏/米。在該實(shí)例中，設(shè)置該大氣電場(chǎng)儀確定雷云電場(chǎng)存在的閾值為4千伏/米。圖2給出的大氣電場(chǎng)儀監(jiān)測(cè)結(jié)果表明，根據(jù)當(dāng)時(shí)大氣電場(chǎng)儀實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)值已經(jīng)超過(guò)閾值，這說(shuō)明在該輸電線路附近存在雷云電場(chǎng)，在確定該輸電線路附近確實(shí)存在雷云電場(chǎng)后，啟動(dòng)輸電線路雷擊預(yù)警程序，啟動(dòng)時(shí)間在07:05。

第二步，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查找輸電線路附近選定或確定的范圍內(nèi)雷電發(fā)生信息，給出雷擊預(yù)警級(jí)別信息。具體做法是，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)在輸電線路該檔距附近30千米范圍內(nèi)查詢當(dāng)前時(shí)刻近10分鐘內(nèi)的雷電發(fā)生信息。為輸電線路設(shè)置不同距離的緩沖區(qū)，在此實(shí)例中設(shè)置線路10千米、20千米、30千米范圍內(nèi)三個(gè)緩沖區(qū)。然后，確定包含查詢結(jié)果中任一雷電的最小緩沖區(qū)，即按從小到大順序，依次在10千米、20千米、30千米范圍查找雷電，只要在某個(gè)范圍內(nèi)查找到雷電則停止后續(xù)查找，并以該緩沖區(qū)大小等級(jí)確定雷擊預(yù)警級(jí)別（在此例中三個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)關(guān)系為10千米-紅色警報(bào)，20千米-黃色警報(bào)，30千米-藍(lán)色警報(bào)），輸出雷擊預(yù)警級(jí)別信息。

第三步，根據(jù)雷電定位系統(tǒng)查詢距離該檔距30千米范圍內(nèi)從預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻的雷電發(fā)生信息，實(shí)時(shí)查詢結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1：雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)信息。

啟動(dòng)電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，將查詢到的雷電信息采用電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時(shí)確定符合危險(xiǎn)雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計(jì)算該雷電發(fā)生數(shù)量與查詢到雷電發(fā)生總數(shù)量的比值；經(jīng)雷擊閃絡(luò)評(píng)估，該檔距繞擊和反擊危險(xiǎn)電流為12～20千伏和≥110伏安，也即雷電流處在此區(qū)間的雷電可能會(huì)使該線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)。統(tǒng)計(jì)從啟動(dòng)預(yù)警開始到當(dāng)前時(shí)刻，處在輸電線路危險(xiǎn)電流范圍內(nèi)的雷電數(shù)量與雷電發(fā)生總數(shù)量的比值；例如，由圖2電場(chǎng)儀預(yù)警情況知，此次雷暴預(yù)警在07:05開始，那么根據(jù)表1，截至07:08:29時(shí)刻發(fā)生了序號(hào)從2～6的共5個(gè)雷電，其電流分別為26.5伏安，-46.4伏安，-30.2伏安，-22.1伏安，-16.0伏安。在這5個(gè)雷電中，對(duì)該輸電線路有繞擊和反擊危害的，即電流屬于12～20伏安或≥110伏安區(qū)間的僅有第6號(hào)雷電，從而此時(shí)刻雷電流范圍的雷電數(shù)量與雷電發(fā)生總數(shù)量的比值為1/5＝20％；依次類推，可得出如表2的每個(gè)時(shí)刻的電網(wǎng)雷害預(yù)警結(jié)果。表2電網(wǎng)雷害預(yù)警結(jié)果。

第四步，在每個(gè)時(shí)刻計(jì)算預(yù)警值，若該比值大于0，以該比值為預(yù)警值發(fā)出預(yù)警信息，若該比值為0（滿足不大于判斷條件），則不發(fā)出預(yù)警信息，并進(jìn)入下一步驟，判斷電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序是否需要結(jié)束。

第五步，查看大氣電場(chǎng)儀監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，如果大氣電場(chǎng)儀探測(cè)到輸電線路附近雷云電場(chǎng)未消失，則繼續(xù)進(jìn)行預(yù)警，電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估程序，輸電線路雷擊預(yù)警程序繼續(xù)實(shí)時(shí)運(yùn)行；如果如圖2所示，在08:00時(shí)刻大氣電場(chǎng)儀探測(cè)值漸漸回復(fù)到正常大氣電場(chǎng)水平，即大氣電場(chǎng)儀探測(cè)值已回到閾值以內(nèi)，說(shuō)明輸電線路附近雷云電場(chǎng)消失，結(jié)束預(yù)警程序，此次預(yù)警結(jié)束。

1、科學(xué)設(shè)計(jì)方面：防雷設(shè)計(jì)一般只按照國(guó)家相關(guān)規(guī)范來(lái)執(zhí)行，考慮問(wèn)題不全面、不具體，缺乏系統(tǒng)性和針對(duì)性，缺乏風(fēng)險(xiǎn)管理和應(yīng)急管理，設(shè)計(jì)方案難免存在不足，容易造成防雷安全系數(shù)達(dá)不到預(yù)期目的。雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估從本地大氣雷電環(huán)境評(píng)價(jià)、雷擊損害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估、雷電危害易損性評(píng)估、雷電危害環(huán)境影響評(píng)價(jià)、風(fēng)險(xiǎn)管理等方面，對(duì)貴方項(xiàng)目基地在電力系統(tǒng)、信息系統(tǒng)、建筑物、自動(dòng)控制系統(tǒng)、危險(xiǎn)氣體、人員安全等方面提出雷電防護(hù)建議，最大限度降低雷擊風(fēng)險(xiǎn)，為防雷設(shè)計(jì)提供科學(xué)根據(jù)。

2、風(fēng)險(xiǎn)防護(hù)方面：由于雷電屬于概率性的自然現(xiàn)象，任何的設(shè)計(jì)方案都難以做到百分之百的防護(hù)效果。通過(guò)開展雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，可以將項(xiàng)目雷擊損失(人員、設(shè)備、經(jīng)濟(jì)等)降低到國(guó)家認(rèn)可的風(fēng)險(xiǎn)值范圍之內(nèi)。

3、經(jīng)濟(jì)投資方面：通過(guò)對(duì)雷擊風(fēng)險(xiǎn)概率、雷擊損害嚴(yán)重性等方面的評(píng)價(jià)，提出科學(xué)的防雷建議和措施，使項(xiàng)目的防雷投入用在刀刃上，節(jié)省防雷工程成本，提高投資效益。

4、應(yīng)急管理方面：萬(wàn)一發(fā)生雷擊事故，可以按照雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估報(bào)告所提出的應(yīng)急預(yù)防和救援措施，有條不紊地組織指揮應(yīng)急救援，將雷擊造成的損失降到最低。