一种架空输电线路雷击闪络的预警方法

图1、采用的预警步骤示意原理图。

图2、采用大气电场仪监测结果示意图。

雷击会造成的直接损失和间接影响都很大。2011年以前的雷电预警方法及系统，主要是利用大气电场探测设备、雷电探测设备和气象探测系统对雷云的运动趋势进行判断，根据雷云临近的程度发出预警，其主要不足在于，只是对一定区域在未来的时间段内发生雷电可能性的预警，而没有针对具体的被保护对象的耐雷能力进行遭受雷击后导致产生损害可能性的预警。架空输电线路具有一定的耐雷能力，只有雷电流强度达到某一定值，其所产生在一定范围内的雷击才可能导致架空输电线路发生雷击闪络。

中国专利文献（专利号03218711.4）公开的《简易型雷暴预警装置》，主要由垂直天线振子、双通道接收机、大气平均电场仪、连接电缆及数据采集处理器构成，据该专利文献介绍，其能探测50千米范围内雷暴产生的大气电场强度及闪电放电次数，监测雷暴的发展活动。申请人发现，该装置存在明显的不足：只能监测雷暴的发展活动，无法给出地闪活动的强度，也没有考虑具体被保护对象的耐雷能力，其产生的后果是无法对架空输电线路雷击闪络进行有效的预警。

中国专利文献公开的《区域性雷电预警方法》（申请号200310116065.4）提出：首先根据大气电场仪确定在所需监测的雷电重点防区范围内是否存在由雷雨云产生的电场，然后，利用甚高频接收机监测在所需监测的雷电重点防区范围内是否存在由雷雨云产生的甚高频电磁辐射波，最后，在同时监测到雷雨云产生的电场和甚高频辐射波的情况下发出雷电报警。该方法是为了克服甚高频云闪多站定位系统的设备复杂、成本高、且采用干涉法定位存在相位模糊性的缺点，以及大气电场仪会出现虚报的不足而提出的。其构想是有一定的可行性，但存在的不足是：没有针对特定的被保护对象，以及没有考虑具体被保护对象的耐雷能力，因而无法实现对架空输电线路发生雷击闪络的可能性进行有效的预警。

一种架空输电线路雷击闪络的预警方法专利目的

《一种架空输电线路雷击闪络的预警方法》目的是针对2011年以前技术的不足，进行改进，提出并研究一种架空输电线路雷击闪络的预警方法。

一种架空输电线路雷击闪络的预警方法技术方案

《一种架空输电线路雷击闪络的预警方法》发明的技术解决方案是，采用大气电场仪探测输电线路附近选定或确定范围内的雷电电场，运用雷电定位系统收集的雷电发生信息，以危险雷电流为依据，对输电线路雷击闪络进行预警，其特征在于，采用预警程序对输电线路雷击闪络进行预警，预警程序包括输电线路雷击预警程序、电网雷击闪络风险评估程序，对输电线路雷击闪络进行预警的基本步骤如下：

（1）采用大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场，在确定输电线路附近存在雷云电场后启动输电线路雷击预警程序。

（2）在输电线路附近选定或确定的范围内，根据雷电定位系统收集的雷电发生信息，查询当前时刻之前一段时间内的雷电发生信息；为输电线路设置不同距离的缓冲区，确定包含查询结果中任一雷电的最小缓冲区；并以该缓冲区大小确定雷击预警级别，输出雷击预警级别信息。

（3）根据输电线路的耐雷参数确定可使其发生雷击闪络的危险雷电流范围；根据雷电定位系统收集的雷电发生信息，在输电线路附近一定范围内查询从预警开始到当前时刻的雷电发生信息，启动电网雷击闪络风险评估程序，将查询到的雷电信息采用电网雷击闪络风险评估程序进行处理，以雷电流为依据实时确定符合危险雷电流范围的雷电发生数量，并计算该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值。

（4）若基本步骤（3）中该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值大于0，则以该比值为预警值发出预警信息，然后转入步骤（5）；若基本步骤（3）中该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值为0，则不发出预警信息，然后转入步骤（5）。

（5）如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场未消失，则转到步骤（2）；如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场消失，则结束此次预警，并结束电网雷击闪络风险评估程序和输电线路雷击预警程序。其特征在于，雷击预警级别信息包括有红色警报、黄色警报、蓝色警报三个等级的信息。其特征在于，大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场需要给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值。其特征在于，大气电场仪判断雷云电场存在的阈值是根据不同地区在标准测量状态下（平原，平地，无尖端效应）有雷电发生情况下的最小场强绝对值设定的。其特征在于，给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值为±0.4千伏/米。

《一种架空输电线路雷击闪络的预警方法》发明的优点是，构想合理，简便可行，具有很好的操作性和实用性。通过利用大气电场仪探测到的雷云电场存在的实际情况和雷电定位系统获取雷电发生信息，启动输电线路雷击预警程序，并针对架空输电线路这一特定保护对象，同时考虑输电线路耐雷能力，实现架空输电线路雷击闪络现象的有效预警。该发明通过大气电场仪探测并确定被保护区域输电线路附近是否存在雷云感应的电场，以启动利用雷电监测网中的输电线路雷击预警程序进行被保护区域已发生地闪的查询，统计区域内从预警开始到当前时刻危险电流范围内的雷电数量比率，并依据该比率发出该线路雷击闪络预警信息，其结果是，能很好地解决目前雷电预警中存在的“只能监测雷暴的发展活动，无法给出地闪活动的强度，没有考虑具体被保护对象的耐雷能力，无法对架空输电线路雷击闪络进行预警的问题”。

2017年12月11日，《一种架空输电线路雷击闪络的预警方法》获得第十九届中国专利奖金奖。 2100433B

1.《一种架空输电线路雷击闪络的预警方法》采用大气电场仪探测输电线路附近选定或确定范围内的雷电电场，运用雷电定位系统收集的雷电发生信息，其特征在于，采用预警程序对输电线路雷击闪络进行预警，预警程序包括输电线路雷击预警程序、电网雷击闪络风险评估程序，对输电线路雷击闪络进行预警的基本步骤如下：

（1）采用大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场，在确定输电线路附近存在雷云电场后启动输电线路雷击预警程序。

（2）在输电线路附近选定或确定的范围内，根据雷电定位系统收集的雷电发生信息，查询当前时刻之前一段时间内的雷电发生信息；为输电线路设置不同距离的缓冲区，确定包含查询结果中任一雷电的最小缓冲区；并以该缓冲区大小确定雷击预警级别，输出雷击预警级别信息。

（3）根据输电线路的耐雷参数确定可使其发生雷击闪络的危险雷电流范围；根据雷电定位系统收集的雷电发生信息，在输电线路附近一定范围内查询从预警开始到当前时刻的雷电发生信息，启动电网雷击闪络风险评估程序，将查询到的雷电信息采用雷击闪络风险评估程序进行处理，以雷电流为依据实时确定符合危险雷电流范围的雷电发生数量，并计算该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值。

（4）若基本步骤（3）中该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值大于0，则以该比值为预警值发出预警信息，然后转入步骤（5）；若基本步骤（3）中该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值为0，则不发出预警信息，然后转入步骤（5）。

（5）如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场未消失，则转到步骤（2）；如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场消失，则结束此次预警，并结束输电线路雷击预警程序。

2.根据权利要求1所述的一种架空输电线路雷击闪络的预警方法，其特征在于，雷击预警级别信息包括有红色警报、黄色警报、蓝色警报三个等级的信息。

3.根据权利要求1所述的一种架空输电线路雷击闪络的预警方法，其特征在于，大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场需要给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值。

4.根据权利要求3所述的一种架空输电线路雷击闪络的预警方法，其特征在于，大气电场仪判断雷云电场存在的阈值是根据不同地区在标准测量状态下有雷电发生情况下的最小场强绝对值设定的。

5.根据权利要求3所述的一种架空输电线路雷击闪络的预警方法，其特征在于，给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值为±0.4千伏/米。

《一种架空输电线路雷击闪络的预警方法》涉及输电线路雷击预警方法，该发明适用于电力系统110千伏以上电压等级的架空输电线路雷击闪络预警。

根据附图详细描述该发明的实施例。如图1图2所示，该发明采用大气电场仪探测输电线路附近选定或确定范围内的雷电电场，运用雷电定位系统收集的雷电发生信息，以危险雷电流为依据，对输电线路雷击闪络进行预警，采用预警程序对输电线路雷击闪络进行预警，预警程序包括输电线路雷击预警程序、电网雷击闪络风险评估程序。下面是该发明针对2009年3月20日所发生的一次雷暴过程进行输电线路雷击闪络预警试验。采用以220千伏架空输电线路一个档距为预警实例。该发明具体实施时，按照以下步骤进行：

第一步，开启该输电线路附近的大气电场仪，探测线路附近存在的雷云电场，运用雷电定位系统获取和收集雷电发生信息。大气电场仪探测输电线路附近是否存在雷云电场需要给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值。须知，大气电场仪判断雷云电场存在的阈值是根据不同地区在标准测量状态下（平原，平地，无尖端效应）有雷电发生情况下的最小场强绝对值设定的。通常，给大气电场仪设置确定雷云电场存在的阈值为±0.4千伏/米。在该实例中，设置该大气电场仪确定雷云电场存在的阈值为4千伏/米。图2给出的大气电场仪监测结果表明，根据当时大气电场仪实时监测值已经超过阈值，这说明在该输电线路附近存在雷云电场，在确定该输电线路附近确实存在雷云电场后，启动输电线路雷击预警程序，启动时间在07:05。

第二步，根据雷电定位系统查找输电线路附近选定或确定的范围内雷电发生信息，给出雷击预警级别信息。具体做法是，根据雷电定位系统在输电线路该档距附近30千米范围内查询当前时刻近10分钟内的雷电发生信息。为输电线路设置不同距离的缓冲区，在此实例中设置线路10千米、20千米、30千米范围内三个缓冲区。然后，确定包含查询结果中任一雷电的最小缓冲区，即按从小到大顺序，依次在10千米、20千米、30千米范围查找雷电，只要在某个范围内查找到雷电则停止后续查找，并以该缓冲区大小等级确定雷击预警级别（在此例中三个等级对应关系为10千米-红色警报，20千米-黄色警报，30千米-蓝色警报），输出雷击预警级别信息。

第三步，根据雷电定位系统查询距离该档距30千米范围内从预警开始到当前时刻的雷电发生信息，实时查询结果汇总如表1所示。

表1：雷电定位系统监测信息。

启动电网雷击闪络风险评估程序，将查询到的雷电信息采用电网雷击闪络风险评估程序进行处理，以雷电流为依据实时确定符合危险雷电流范围的雷电发生数量，并计算该雷电发生数量与查询到雷电发生总数量的比值；经雷击闪络评估，该档距绕击和反击危险电流为12～20千伏和≥110伏安，也即雷电流处在此区间的雷电可能会使该线路发生雷击闪络。统计从启动预警开始到当前时刻，处在输电线路危险电流范围内的雷电数量与雷电发生总数量的比值；例如，由图2电场仪预警情况知，此次雷暴预警在07:05开始，那么根据表1，截至07:08:29时刻发生了序号从2～6的共5个雷电，其电流分别为26.5伏安，-46.4伏安，-30.2伏安，-22.1伏安，-16.0伏安。在这5个雷电中，对该输电线路有绕击和反击危害的，即电流属于12～20伏安或≥110伏安区间的仅有第6号雷电，从而此时刻雷电流范围的雷电数量与雷电发生总数量的比值为1/5＝20％；依次类推，可得出如表2的每个时刻的电网雷害预警结果。表2电网雷害预警结果。

第四步，在每个时刻计算预警值，若该比值大于0，以该比值为预警值发出预警信息，若该比值为0（满足不大于判断条件），则不发出预警信息，并进入下一步骤，判断电网雷击闪络风险评估程序是否需要结束。

第五步，查看大气电场仪监测数据，如果大气电场仪探测到输电线路附近雷云电场未消失，则继续进行预警，电网雷击闪络风险评估程序，输电线路雷击预警程序继续实时运行；如果如图2所示，在08:00时刻大气电场仪探测值渐渐回复到正常大气电场水平，即大气电场仪探测值已回到阈值以内，说明输电线路附近雷云电场消失，结束预警程序，此次预警结束。

绝缘闪络是指在电场作用下，尚未发生绝缘结构的击穿时，其表面或与电极接触的空气中发生的放电现象。

绝缘材料在电场作用下，尚未发生绝缘结构的击穿时，其表面或与电极接触的空气中发生的放电现象，称为绝缘闪络。2100433B

沿面放电：沿着绝缘子和气体或液体的分界面上的放电现象

闪络：沿面放电发展到气体或液体破坏性放电称为闪络

沿绝缘体表面的破坏性放电叫闪络。而沿绝缘体内部的破坏性放电则称为是击穿。

沿面放电也是一种气体放电现象，沿面闪络电压比气体或固体单独存在时的击穿电压都低

沿面放电与固体介质表面的电场分布有很大的关系，有三种典型情况：

（1）固体介质处于均匀电场中，固、气体介质分界面平行于电力线。工程上很少遇到这种情况，但常会遇到介质处于稍不均匀电场中的情况，此时放电现象与均匀电场中的有很多相似之处。

（2）固体介质处于极不均匀电场中，且电场强度垂直于介质表面的分量（以下简称垂直分量）要比平行于表面的分量大得多。套管就属于这种情况。

（3）固体介质处于极不均匀电场中， 但在介质表面大部分地方（除紧靠电极的很小区域外）电场强度平行于介质表面的分量要比垂直分量大。支柱绝缘子就属于这种情况。

闪络是指在高电压作用下，在气体内沿着固体绝缘的表面发生的两电极间的击穿。

发 生闪络前一瞬时两电极间的电压称为闪络电压。

因受固体绝缘的表面状态、形状等因素 的影响，闪络电压总是低于 （最多等于)）相同电极结构、相同距离的气体间隙的火花放电电压。

沾有污秽 （工业污秽、盐份等）的 高压输变电设备的绝缘子或绝缘套管，在受潮（特别是遇到雾、露、霜或小雪)）时，闪络电压显著降低，甚至在电气设备的工作电压下闪络，造成严重事故 。

这种情况称为污闪，可以通过改进绝缘设计及定期清扫来防止。

当在气体或液体电介质中沿固体绝缘表面发生破坏性放电现象，称之为闪络。常见的是沿气体与固体电介质交界面发生的闪络。如沿绝缘子串表面、沿套管表面的破坏性放电称之为闪络 。

所以闪络这个词仅限用于特殊条件的放电现象。