雷电统计参数对电网雷击跳闸率计算的影响

　　摘要：雷电活动是输电线路雷害的主要成因。近年来随着我国雷电定位精度的提高，传统的输电线路防雷计算理论亟需通过线路雷害统计数据的验证。笔者结合国内外输电线路防雷标准，通过2012～2014年广西自治区电网雷电定位系统与220kV输电线路雷害数据的统计，分析了线路雷击跳闸率与关键雷电参数间的关系。并采用规程法计算了该地区典型220kV线路雷击跳闸率，对比计算结果与统计值的偏差，说明各地区分别统计的地闪密度和雷电流幅值参数有助于减小线路雷击跳闸率计算误差。

　　关键词：输电线路防雷;雷击跳闸率;规程法;地闪密度;雷电流幅值

　　0引言

　　输电线路雷害是影响电网安全稳定的重要因素，而自然雷电活动是雷害的主要成因[1]。长期观测数据表明，我国雷电活动的地域差异和年纪变化大[2]，因此如何考虑电网区域雷电参数的差异，成为近年来输电线路防雷评估的研究热点之一[3-4]。陈家宏等提出输电线路的差异化防雷方法，指出线路走廊雷电参数和杆塔结构对雷击跳闸风险具有较大影响。但由于雷电定位精度的限制，很难精确统计每基杆塔的雷电参数。并且针对电网而言，更关心整条线路的雷击跳闸率。因此，笔者通过对广西自治区电网不同区域的雷电参数统计和电网雷击跳闸率计算，分析了雷电参数和220kV线路实际雷击跳闸率的关系，并研究了雷电参数对雷击跳闸率计算准确性的影响。

　　电力论文范例： 通信电源设备的雷电过电压防护探析

　　1线路雷击跳闸率及雷电参数统计

　　1.1输电线路雷击跳闸率

　　我国南方雷电活动强烈的，雷雨季节输电线路时常因遭受雷击引起闪络跳闸故障，对电网的稳定运行造成冲击。文中对2012～2014年我国广西自治区电网14个地市供电公司的雷击跳闸故障进行了分类统计，得到每年220kV输电线路[5]的雷击跳闸率。

　　该省电网雷击跳闸率的地域分布不均，其中防城港、钦州、梧州等供电公司的输电线路雷击跳闸率明显高于其他地区。各地区线路雷击跳闸率在不同年份的分布趋势基本一致，但同一地区的年纪波动较大，如2014年百色和崇左两个地区还出现了雷击跳闸率为0的情况。说明线路雷击跳闸率的地域性和随机性均十分显著。

　　1.2地闪密度

　　地闪密度指单位面积内每年雷云对地闪电发生的次数，单位为次/平方千米/年，可通过雷电定位系统记录的地闪坐标和时间统计得出。地闪密度统计基于2012～2014年南方电网公司雷电定位系统的地闪首次回击数据，采用0.05°×0.05°的地理网格[6]，统计得到各地区的年均地闪密度值。广西自治区各地市地闪密度分布差异显著，但不同年份之间差别较小。其中防城港地区和钦州地区常年具有较大地闪密度，同时线路雷害也更严重，表明地闪密度与输电线路雷击跳闸率之间具有较强相关性。

　　1.3雷电流幅值

　　雷电流幅值概率指一定时间和区域内，雷电流峰值绝对值出现的统计概率;雷电流幅值累积概率指雷电流幅值大于某值时的概率，均可通过雷电定位系统记录的雷电流幅值统计得出。现有研究一致认为，雷电流幅值概率遵循一定统计分布规律。我国电力行业标准DLT620-1997[7]依据我国新行线雷电流幅值测量结果，推荐我国大部分地区雷电流幅值的累积概率分布服从lgP=-I/88公式，山区雷电流幅值的雷击概率分布服从lgP=-I/44公式。

　　国家标准GB/T50064-2014[8]推荐我国一般地区雷击输电线路杆塔雷电流幅值概率符合P(I0≥i0)=10-i088，与DLT标准一致。IEEEStd1410-2010标准[9]综合世界各地的雷击电流实测数据，认为雷电流幅值概率服从对数正态分布，其雷电首次回击电流幅值的累积概率分布服从P=1/[1+(I/31)2.6)]公式。国内陈家宏[10-11]等学者使用电网雷电定位系统监测数据对雷电流幅值规律进行了研究，发现采用IEEE推荐公式更精确，并指出我国雷电流幅值分布存在明显地域差异[12]。

　　1.4雷电参数与跳闸率的相关性

　　根据线路雷击跳闸率计算理论，地闪密度与相同电压等级输电线路雷击跳闸率应成正比关系，绘制广西自治区各市地闪密度与220kV线路统计雷击跳闸率的相关性，随地闪密度的增大，线路雷击跳闸率也存在一定上升趋势。但数据分散、线性趋势并不明显，说明除地闪密度外，线路雷击跳闸率同时还受其它因素的影响。根据现有雷击线路跳闸理论，除地闪密度外，雷电流幅值对线路跳闸率也具有一定影响。使用雷电定位系统数据，可统计雷电流幅值累积概率分布公式P=[1+(I/a)b]-1中的a、b参数值。其中，参数a代表雷电流幅值大于a的概率为50%的取值，因此参数a也是雷电流幅值概率分布的中位数，a较大时出现大电流雷击的概率也较高，对输电线路的危害也较严重，与现有理论相符。

　　2线路雷击跳闸率的估算

　　输电线路雷击跳闸率是衡量输电线路防雷性能优劣的主要指标。目前国内外输电线路雷电防护标准，均给出了线路跳闸率计算公式。我国电力行业标准DLT620-1997推荐使用年均40个雷暴日计算线路雷击跳闸率，不同地区的线路雷击跳闸率与雷暴日呈正比。但IEEEStd1243-1997[15]和CIGREWG33.01-1991[16]标准均推荐采用地闪密度参数计算雷击跳闸率，并提供了雷暴日与地闪密度间的换算公式。

　　目前，国家标准GB/T50064-2014已推荐直接使用地闪密度计算线路雷击跳闸率，与CIGRE和IEEE等相关标准保持一致。近年来随着雷电定位系统的普及，我国大部分地区可直接统计获得地闪密度[17]和雷电流幅值等雷电参数，无需再使用雷暴日数[18-19]。文中使用规程法计算线路雷击跳闸率，当线路架设有避雷线时，应分为绕击和反击两种情况分别计算。

　　3结论

　　基于2011～2014年广西自治区电网雷电定位系统数据和输电线路雷害资料，统计了各区域电网线路雷击跳闸率，并用各区域雷电流数据统计拟合得到适用于各区域的雷电流幅值累积概率分布。分析表明雷电参数与电网雷击跳闸率具有一定相关性，其中地闪密度与线路雷击跳闸率的正比例相关性显著，与现有理论相符。雷电流幅值对线路雷击跳闸率也具有一定影响。分别使用GB/T50064-2014推荐公式和IEEE推荐公式计算各区域的雷电流幅值累积概率和220kV线路雷击跳闸率。

　　通过雷击跳闸率计算结果比较，发现使用IEEE推荐公式拟合参数所得输电线路雷击跳闸率的计算值与统计值相比误差更小，建议线路雷击跳闸率计算采用IEEE推荐雷电流幅值分布公式。逐年统计数据和计算结果对比发现，雷电参数和电网雷击跳闸率均具有较强随机性，因此防雷评估中不仅应考虑参数的差异性，还应通过多年平均等方法减少随机性对跳闸率计算结果的影响。

　　参考文献：

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　　[3]张颖，高亚栋，杜斌，施围.输电线路防雷计算中的新杆塔模型[J].西安交通大学学报，2004，38(4)：365-368.

　　作者：黄良1，张英1，曾鹏1，熊泽豪2，李涵3