一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法發(fā)明內(nèi)容

一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法專利目的

《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》目的是針對2011年以前技術(shù)的不足，進(jìn)行改進(jìn)，提出并研究一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法。

一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法技術(shù)方案

《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》發(fā)明的技術(shù)解決方案是，采用大氣電場儀探測輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，以危險雷電流為依據(jù)，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警，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)險評估程序，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的基本步驟如下：

（1）采用大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場，在確定輸電線路附近存在雷云電場后啟動輸電線路雷擊預(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)前時刻之前一段時間內(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)警級別，輸出雷擊預(yù)警級別信息。

（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)前時刻的雷電發(fā)生信息，啟動電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序，將查詢到的雷電信息采用電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時確定符合危險雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計算該雷電發(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）如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場未消失，則轉(zhuǎn)到步驟（2）；如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場消失，則結(jié)束此次預(yù)警，并結(jié)束電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序和輸電線路雷擊預(yù)警程序。其特征在于，雷擊預(yù)警級別信息包括有紅色警報、黃色警報、藍(lán)色警報三個等級的信息。其特征在于，大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場需要給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值。其特征在于，大氣電場儀判斷雷云電場存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測量狀態(tài)下（平原，平地，無尖端效應(yīng)）有雷電發(fā)生情況下的最小場強(qiáng)絕對值設(shè)定的。其特征在于，給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值為±0.4千伏/米。

《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，構(gòu)想合理，簡便可行，具有很好的操作性和實(shí)用性。通過利用大氣電場儀探測到的雷云電場存在的實(shí)際情況和雷電定位系統(tǒng)獲取雷電發(fā)生信息，啟動輸電線路雷擊預(yù)警程序，并針對架空輸電線路這一特定保護(hù)對象，同時考慮輸電線路耐雷能力，實(shí)現(xiàn)架空輸電線路雷擊閃絡(luò)現(xiàn)象的有效預(yù)警。該發(fā)明通過大氣電場儀探測并確定被保護(hù)區(qū)域輸電線路附近是否存在雷云感應(yīng)的電場，以啟動利用雷電監(jiān)測網(wǎng)中的輸電線路雷擊預(yù)警程序進(jìn)行被保護(hù)區(qū)域已發(fā)生地閃的查詢，統(tǒng)計區(qū)域內(nèi)從預(yù)警開始到當(dāng)前時刻危險電流范圍內(nèi)的雷電數(shù)量比率，并依據(jù)該比率發(fā)出該線路雷擊閃絡(luò)預(yù)警信息，其結(jié)果是，能很好地解決目前雷電預(yù)警中存在的“只能監(jiān)測雷暴的發(fā)展活動，無法給出地閃活動的強(qiáng)度，沒有考慮具體被保護(hù)對象的耐雷能力，無法對架空輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的問題”。

《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》涉及輸電線路雷擊預(yù)警方法，該發(fā)明適用于電力系統(tǒng)110千伏以上電壓等級的架空輸電線路雷擊閃絡(luò)預(yù)警。

雷擊會造成的直接損失和間接影響都很大。2011年以前的雷電預(yù)警方法及系統(tǒng)，主要是利用大氣電場探測設(shè)備、雷電探測設(shè)備和氣象探測系統(tǒng)對雷云的運(yùn)動趨勢進(jìn)行判斷，根據(jù)雷云臨近的程度發(fā)出預(yù)警，其主要不足在于，只是對一定區(qū)域在未來的時間段內(nèi)發(fā)生雷電可能性的預(yù)警，而沒有針對具體的被保護(hù)對象的耐雷能力進(jìn)行遭受雷擊后導(dǎo)致產(chǎn)生損害可能性的預(yù)警。架空輸電線路具有一定的耐雷能力，只有雷電流強(qiáng)度達(dá)到某一定值，其所產(chǎn)生在一定范圍內(nèi)的雷擊才可能導(dǎo)致架空輸電線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)。

中國專利文獻(xiàn)（專利號03218711.4）公開的《簡易型雷暴預(yù)警裝置》，主要由垂直天線振子、雙通道接收機(jī)、大氣平均電場儀、連接電纜及數(shù)據(jù)采集處理器構(gòu)成，據(jù)該專利文獻(xiàn)介紹，其能探測50千米范圍內(nèi)雷暴產(chǎn)生的大氣電場強(qiáng)度及閃電放電次數(shù)，監(jiān)測雷暴的發(fā)展活動。申請人發(fā)現(xiàn)，該裝置存在明顯的不足：只能監(jiān)測雷暴的發(fā)展活動，無法給出地閃活動的強(qiáng)度，也沒有考慮具體被保護(hù)對象的耐雷能力，其產(chǎn)生的后果是無法對架空輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行有效的預(yù)警。

中國專利文獻(xiàn)公開的《區(qū)域性雷電預(yù)警方法》（申請?zhí)?00310116065.4）提出：首先根據(jù)大氣電場儀確定在所需監(jiān)測的雷電重點(diǎn)防區(qū)范圍內(nèi)是否存在由雷雨云產(chǎn)生的電場，然后，利用甚高頻接收機(jī)監(jiān)測在所需監(jiān)測的雷電重點(diǎn)防區(qū)范圍內(nèi)是否存在由雷雨云產(chǎn)生的甚高頻電磁輻射波，最后，在同時監(jiān)測到雷雨云產(chǎn)生的電場和甚高頻輻射波的情況下發(fā)出雷電報警。該方法是為了克服甚高頻云閃多站定位系統(tǒng)的設(shè)備復(fù)雜、成本高、且采用干涉法定位存在相位模糊性的缺點(diǎn)，以及大氣電場儀會出現(xiàn)虛報的不足而提出的。其構(gòu)想是有一定的可行性，但存在的不足是：沒有針對特定的被保護(hù)對象，以及沒有考慮具體被保護(hù)對象的耐雷能力，因而無法實(shí)現(xiàn)對架空輸電線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)的可能性進(jìn)行有效的預(yù)警。

圖1、采用的預(yù)警步驟示意原理圖。

圖2、采用大氣電場儀監(jiān)測結(jié)果示意圖。

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)明采用大氣電場儀探測輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)收集的雷電發(fā)生信息，以危險雷電流為依據(jù)，對輸電線路雷擊閃絡(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)險評估程序。下面是該發(fā)明針對2009年3月20日所發(fā)生的一次雷暴過程進(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檔距為預(yù)警實(shí)例。該發(fā)明具體實(shí)施時，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儀，探測線路附近存在的雷云電場，運(yùn)用雷電定位系統(tǒng)獲取和收集雷電發(fā)生信息。大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場需要給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值。須知，大氣電場儀判斷雷云電場存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測量狀態(tài)下（平原，平地，無尖端效應(yīng)）有雷電發(fā)生情況下的最小場強(qiáng)絕對值設(shè)定的。通常，給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值為±0.4千伏/米。在該實(shí)例中，設(shè)置該大氣電場儀確定雷云電場存在的閾值為4千伏/米。圖2給出的大氣電場儀監(jiān)測結(jié)果表明，根據(jù)當(dāng)時大氣電場儀實(shí)時監(jiān)測值已經(jīng)超過閾值，這說明在該輸電線路附近存在雷云電場，在確定該輸電線路附近確實(shí)存在雷云電場后，啟動輸電線路雷擊預(yù)警程序，啟動時間在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)大小等級確定雷擊預(yù)警級別（在此例中三個等級對應(yīng)關(guān)系為10千米-紅色警報，20千米-黃色警報，30千米-藍(lán)色警報），輸出雷擊預(yù)警級別信息。

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)前時刻的雷電發(fā)生信息，實(shí)時查詢結(jié)果匯總?cè)绫?所示。

表1：雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測信息。

啟動電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序，將查詢到的雷電信息采用電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時確定符合危險雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計算該雷電發(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)評估，該檔距繞擊和反擊危險電流為12～20千伏和≥110伏安，也即雷電流處在此區(qū)間的雷電可能會使該線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)。統(tǒng)計從啟動預(yù)警開始到當(dāng)前時刻，處在輸電線路危險電流范圍內(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時刻發(fā)生了序號從2～6的共5個雷電，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個雷電中，對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號雷電，從而此時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的每個時刻的電網(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，在每個時刻計算預(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)險評估程序是否需要結(jié)束。

第五步，查看大氣電場儀監(jiān)測數(shù)據(jù)，如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場未消失，則繼續(xù)進(jìn)行預(yù)警，電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序，輸電線路雷擊預(yù)警程序繼續(xù)實(shí)時運(yùn)行；如果如圖2所示，在08:00時刻大氣電場儀探測值漸漸回復(fù)到正常大氣電場水平，即大氣電場儀探測值已回到閾值以內(nèi)，說明輸電線路附近雷云電場消失，結(jié)束預(yù)警程序，此次預(yù)警結(jié)束。

1.《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》采用大氣電場儀探測輸電線路附近選定或確定范圍內(nèi)的雷電電場，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)險評估程序，對輸電線路雷擊閃絡(luò)進(jìn)行預(yù)警的基本步驟如下：

（1）采用大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場，在確定輸電線路附近存在雷云電場后啟動輸電線路雷擊預(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)前時刻之前一段時間內(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)警級別，輸出雷擊預(yù)警級別信息。

（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)前時刻的雷電發(fā)生信息，啟動電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序，將查詢到的雷電信息采用雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估程序進(jìn)行處理，以雷電流為依據(jù)實(shí)時確定符合危險雷電流范圍的雷電發(fā)生數(shù)量，并計算該雷電發(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）如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場未消失，則轉(zhuǎn)到步驟（2）；如果大氣電場儀探測到輸電線路附近雷云電場消失，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)警級別信息包括有紅色警報、黃色警報、藍(lán)色警報三個等級的信息。

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，大氣電場儀探測輸電線路附近是否存在雷云電場需要給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值。

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，大氣電場儀判斷雷云電場存在的閾值是根據(jù)不同地區(qū)在標(biāo)準(zhǔn)測量狀態(tài)下有雷電發(fā)生情況下的最小場強(qiáng)絕對值設(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，給大氣電場儀設(shè)置確定雷云電場存在的閾值為±0.4千伏/米。

2017年12月11日，《一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法》獲得第十九屆中國專利獎金獎。 2100433B

絕緣閃絡(luò)是指在電場作用下，尚未發(fā)生絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿時，其表面或與電極接觸的空氣中發(fā)生的放電現(xiàn)象。

絕緣材料在電場作用下，尚未發(fā)生絕緣結(jié)構(gòu)的擊穿時，其表面或與電極接觸的空氣中發(fā)生的放電現(xiàn)象，稱為絕緣閃絡(luò)。2100433B

沿面放電：沿著絕緣子和氣體或液體的分界面上的放電現(xiàn)象

閃絡(luò)：沿面放電發(fā)展到氣體或液體破壞性放電稱為閃絡(luò)

沿絕緣體表面的破壞性放電叫閃絡(luò)。而沿絕緣體內(nèi)部的破壞性放電則稱為是擊穿。

沿面放電也是一種氣體放電現(xiàn)象，沿面閃絡(luò)電壓比氣體或固體單獨(dú)存在時的擊穿電壓都低

沿面放電與固體介質(zhì)表面的電場分布有很大的關(guān)系，有三種典型情況：

（1）固體介質(zhì)處于均勻電場中，固、氣體介質(zhì)分界面平行于電力線。工程上很少遇到這種情況，但常會遇到介質(zhì)處于稍不均勻電場中的情況，此時放電現(xiàn)象與均勻電場中的有很多相似之處。

（2）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中，且電場強(qiáng)度垂直于介質(zhì)表面的分量（以下簡稱垂直分量）要比平行于表面的分量大得多。套管就屬于這種情況。

（3）固體介質(zhì)處于極不均勻電場中， 但在介質(zhì)表面大部分地方（除緊靠電極的很小區(qū)域外）電場強(qiáng)度平行于介質(zhì)表面的分量要比垂直分量大。支柱絕緣子就屬于這種情況。

閃絡(luò)是指在高電壓作用下，在氣體內(nèi)沿著固體絕緣的表面發(fā)生的兩電極間的擊穿。

發(fā) 生閃絡(luò)前一瞬時兩電極間的電壓稱為閃絡(luò)電壓。

因受固體絕緣的表面狀態(tài)、形狀等因素 的影響，閃絡(luò)電壓總是低于 （最多等于)）相同電極結(jié)構(gòu)、相同距離的氣體間隙的火花放電電壓。

沾有污穢 （工業(yè)污穢、鹽份等）的 高壓輸變電設(shè)備的絕緣子或絕緣套管，在受潮（特別是遇到霧、露、霜或小雪)）時，閃絡(luò)電壓顯著降低，甚至在電氣設(shè)備的工作電壓下閃絡(luò)，造成嚴(yán)重事故 。

這種情況稱為污閃，可以通過改進(jìn)絕緣設(shè)計及定期清掃來防止。

當(dāng)在氣體或液體電介質(zhì)中沿固體絕緣表面發(fā)生破壞性放電現(xiàn)象，稱之為閃絡(luò)。常見的是沿氣體與固體電介質(zhì)交界面發(fā)生的閃絡(luò)。如沿絕緣子串表面、沿套管表面的破壞性放電稱之為閃絡(luò) 。

所以閃絡(luò)這個詞僅限用于特殊條件的放電現(xiàn)象。