CN112382977B - 一种输电线路差异化防雷方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种输电线路差异化防雷方法，包括：获取防雷目标区域的历史雷电数据；将历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表；从雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各最强雷电日中雷电发生的连续时段，利用输电线路微气象站获取连续时段的平均风速和风向数据；当满足预设的防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护；防护启动条件包括：平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围。本发明提供一种输电线路差异化防雷方法及系统，能够显著降低与飑线主导风向垂直的输电线路遭雷击绕击的概率，从而有效避免风偏雷击闪络造成的输电线路雷击跳闸，提高输电线路的雷击灾害防护能力。

Description

一种输电线路差异化防雷方法及系统

技术领域

本发明涉及输电线防雷技术领域，尤其涉及一种输电线路差异化防雷方法及系统。

背景技术

受风速地形等因素影响，输电线路容易遭受雷电绕击影响，并且在风向垂直与输电线路时影响最为突出。为保障输电线路安全运行，电力部门在考虑各种运行工况的条件下设置了输电线路设计风速，在设计风速以下可保障系统安全。为适应不同地域的雷电风速特性，现行《110～750kV架空输电线路设计规程》规定，在沿海雷暴时风速较大地区及线路设计风速超过35m/s的地区采用15m/s作为杆塔风偏设计标准风速；对于内陆最大设计风速小于35m/s的地区一般采用10m/s作为杆塔风偏设计标准风速。

实际上，现有架空输电线路设计规程中选取的杆塔风偏设计风速是在缺乏海量准确雷电记录和高密度风速记录条件下的经验参数，并不一定能准确刻画对应的雷击风险。雷电过电压时的风偏闪络概率取决于风速与雷电的联合分布，如强雷暴时并发超设计风速的强风，将显著明显抬高雷电过电压下风偏闪络的风险。

实际生活中，强雷暴和大风具有强并发性，飑线天气下往往同时出现大量雷暴和强风。如强风天气下并发强雷暴，由风偏导致线路雷击跳闸的几率将会显著增加。根据对2005年至2013年间香港地区雷电和风速数据的分析，发现雷电和风速具有强并发性，大风时往往伴随有强雷暴，约有20％的雷电地闪发生在风速大于或等于15m/s杆塔风偏设计风速条件下，而雷电次数最多的40个最强雷暴日中，几乎所有雷电日的风速均在10m/s以上。因此，在雷暴日强风作用下，输电线路发生雷电绕击的风险显著高于预期。有必要针对性地分析识别存在较高雷电绕击风险地输电杆塔，并展开差异化地雷电防护。

根据气象领域的研究，强雷暴往往伴随飑线发生。飑线是我国夏季常见的灾害性对流天气，是由多个雷暴云团或雷暴单体侧向排列组成的强烈雷雨带，水平尺度长、宽均约几十至上百公里。飑线天气通常伴有雷暴、大风、冰雹和短时暴雨等，其中雷暴大风的出现频率最高。由于雷电是雷暴云和雷暴云团的云中、云间和云地放电造成的，雷电的移动轨迹取决于雷暴云团的移动趋势。发生雷暴时，雷暴云团的移动轨迹是在特定气候和环境条件的风向决定的。因气候和环境条件具有多年稳定的特性，雷电轨迹的统计特性具有比较强的稳定性和可重复性。

以粤港澳大湾区为例，华南地区的飑线引起的强阵风又称“石湖风”。受地理与气候条件影响，粤港澳大湾区飑线天气引起的石湖风可分为东北石湖风和西北石湖风：

春末夏初，当冷锋或低压槽南下影响华南及其沿岸地区时，如配合大气层上空有扰动由西向东经过时，将会形成西北石湖风；它将推动雷暴云团自珠江口西北部移向香港，造成西北往东南方向的雷暴轨迹。根据统计，2005年至2014年最强的40次雷暴中，20次雷暴轨迹来自西北方，占比达50％。

当热带气旋移至台湾附近海域时，外围雨带影响难以覆盖广东，而热带气旋的下沉气流一般会使华南沿岸地区云量稀少。长时间日照下，广东内陆地区下午会变得酷热，地面温度上升可能会激发雷暴产生。由于当时该区大气层中层的背景风一般为北至东北风，此时东北石湖风会推动多个雷暴云团或雷暴单体组成的飑线由东北往西南方向运动，并形成该方向的雷暴轨迹。据统计，2005年至2014年最强的40次雷暴中，15次雷电轨迹来自东北方向，占比达37.5％。

实际上，强雷暴下的雷暴云移动轨迹在其它地区也具有类似的规律性。由于强雷暴时往往伴随有强风，容易导致输电线路雷电绕击，而这种强雷暴时的强风风向决定的强雷暴移动轨迹又具有明确的统计特性，当强雷暴时强风的风向与输电线路垂直或有较大的相交角度时，容易诱发输电线路雷电绕击。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供一种输电线路差异化防雷方法及系统，解决现有技术中当强雷暴时强风的风向与输电线路垂直或有较大的相交角度时，容易诱发输电线路雷电绕击的问题。

为实现上述目的，本发明提供以下的技术方案：

一种输电线路差异化防雷方法，基于输电线路上配置的微型气象站实现，包括如下步骤：

获取防雷目标区域的历史雷电数据；

将所述历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表；

从所述雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各所述最强雷电日中雷电发生的连续时段，利用所述输电线路微气象站获取所述连续时段的平均风速和风向数据；

当至少一个最强雷电日的平均风速和风向数据满足预设的防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护；

所述防护启动条件包括：平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围。

可选的，所述最强雷电日为所述雷电日降序表中前5％的雷电日。

可选的，所述步骤获取所述最强雷电日中雷电发生的连续时段，包括：

获取最强雷电日中80％的雷电发生所处的连续时段。

可选的，所述风速阈值为10m/s。

可选的，所述风向范围为：风向与输电线之间的夹角大于45°。

可选的，所述防护启动条件还包括，平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围的日数超过所述最强雷电日数量的50％。

可选的，启动防雷电绕击差异化雷电防护，包括：

对所述防雷目标区域的输电线路进行防雷电绕击差异化雷电防护，同时对所处区域的微地形条件与所述防雷目标区域相同的输电线路进行防雷电绕击差异化雷电防护。

本发明还提供了一种输电线路差异化防雷系统，用于实现如上所述的输电线路差异化防雷方法，包括：

雷电定位系统，对应将雷电数据以定位对应记录，还用于定位防雷目标区域；

数据获取模块，用于获取防雷目标区域的历史雷电数据，以及获取输电线路上配置的微型气象站中的数据；

数据处理模块，用于将所述历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表；从所述雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各所述最强雷电日中雷电发生的连续时段；还用于通过所述数据获取模块获取所述输电线路微气象站获取所述连续时段的平均风速和风向数据，判断最强雷电日的平均风速和风向数据是否满足预设的防护启动条件；

执行模块，用于当满足所述防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护。

可选的，所述风速阈值为10m/s；所述风向范围为：风向与输电线之间的夹角大于45°。

可选的，所述防护启动条件还包括，平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围的日数超过所述最强雷电日数量的50％。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

本发明提供一种输电线路差异化防雷方法及系统，能够显著降低与飑线主导风向垂直的输电线路遭雷击绕击的概率，从而有效避免风偏雷击闪络造成的输电线路雷击跳闸，提高输电线路的雷击灾害防护能力。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明提供的一种输电线路差异化防雷方法的流程示意图；

图2为本发明提供的一种输电线路差异化防雷方法的又一流程示意图。

具体实施方式

为使得本发明的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术中输电杆塔容易在强风下导致雷电绕击的问题，在强雷暴时雷电强风高并发且强雷暴时与风向对应的雷暴云团移动轨迹方位具有明确的统计规律的特点，提供一种基于强雷暴移动轨迹统计规律与微气象站监测数据的输电线路差异化防雷方法。

请结合参考图1和图2，为解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种输电线路差异化防雷方法，包括：

S1、获取防雷目标区域的历史雷电数据。

选定防雷目标区域后，从雷电定位系统中选取出目标区域的5年以上历史雷电数据。

S2、将历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表。

该步骤中，利用目标地域的历史雷电数据，统计强雷暴日的雷电地闪次数，将雷电日按雷电次数降序排序，以便于从中选出强雷暴日。

S3、从雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各最强雷电日中雷电发生的连续时段，利用输电线路微气象站获取连续时段的平均风速和风向数据。

最强雷电日为雷电日降序表中前5％的雷电日。

最强雷电日中，除了一波强雷暴外还有零散雷电，一般有80％集中发生在几个小时的时段中。因为最强雷暴日雷暴移动轨迹的方位具有统计规律，可以比对查询输电杆塔在线监测装置(含输电线路微气象站)记录的最强雷暴日80％雷电发生时段的最大风速，因此该步骤中获取最强雷电日中80％的雷电发生所处的连续时段。

该步骤中，将发生过雷电的日期按日雷电地闪次数降序排列，选取前5％的雷电日，分析这些最强雷电日80％雷电集中发生的连续时段，进而查找输电线路微气象站在该些连续时段监测的10分钟平均风速和风向数据。

S4、当至少一个最强雷电日的平均风速和风向数据满足预设的防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护。

防护启动条件包括：平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围。

当这些最强雷暴日的最大风速大于10m/s且最大风速时刻风向与微气象站所在输电线路夹角大于45°时，判断需要对微气象站所在先例及相同微气象条件下的相邻线路需要进行防止雷电绕击的差异化防雷改造。

当最强雷电日的最大风速大于10m/s且最大风速时刻的风向与微气象站所在输电线路夹角大于45°的日数超过最强雷电日数的50％时，微气象站所架设线路及具有相同微地形条件的相邻线路需进行防止雷电绕击的差异化雷电防护。

在本实施例的其中一个可选的方式中，以某地区2005年至2014年的雷电数据为例，说明结合微气象站历史监测数据判断强雷暴下具有较高雷电绕击风险输电线路的确定方法。当地在2005年至2013年间共有800个雷电日，其中40个雷电地闪最多的雷电日选出进行分析。

将40个最强雷暴日的雷电数据逐个按时序摆放，选择雷暴日当天雷电总数80％的连续时段进行分析，从微气象站记录历史数据中找出该时段最大风速及最大风速时的风向数据。判断每个强雷暴日的最大风速是否大于10m/s且最大风速时风向与输电线路的夹角是否大于45°，如果满足则增加高危雷电绕击计数加1。如高危雷电绕击计数超过20(强雷暴日的一半)时，认为微气象站所架设线路及具有相同微地形的相邻线路需要进行差异化雷电防护改造。

基于前述实施例，本发明实施例提供了一种输电线路差异化防雷系统，用于实现如上的输电线路差异化防雷方法，包括：

雷电定位系统，对应将雷电数据以定位对应记录，还用于定位防雷目标区域。

数据获取模块，用于获取防雷目标区域的历史雷电数据，以及获取输电线路上配置的微型气象站中的数据。

数据处理模块，用于将历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表；从雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各最强雷电日中雷电发生的连续时段；还用于通过数据获取模块获取输电线路微气象站获取连续时段的平均风速和风向数据，判断最强雷电日的平均风速和风向数据是否满足预设的防护启动条件。

执行模块，用于当满足防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护。

其中，风速阈值为10m/s；风向范围为：风向与输电线之间的夹角大于45°；防护启动条件还包括，平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围的日数超过最强雷电日数量的50％。

基于前述各个实施例，本发明利用目标地域的历史雷电数据，统计强雷暴日的雷电地闪次数，将雷电日按雷电次数降序排序，从中选出占雷电日总数5％的强雷暴日。由于最强雷暴日雷暴移动轨迹的方位具有统计规律，可以比对查询输电杆塔在线监测装置(含输电线路微气象站)记录的最强雷暴日80％雷电发生时段的最大风速。当这些最强雷暴日的最大风速大于10m/s且最大风速时刻风向与微气象站所在输电线路夹角大于45°时，判断需要对微气象站所在先例及相同微气象条件下的相邻线路需要进行防止雷电绕击的差异化防雷改造。

本发明能显著降低与飑线主导风向垂直的输电线路遭雷击绕击的概率，从而有效避免风偏雷击闪络造成的输电线路雷击跳闸，提高输电线路的雷击灾害防护能力。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (9)

1.一种输电线路差异化防雷方法，基于输电线路上配置的微型气象站实现，其特征在于，包括如下步骤：

获取防雷目标区域的历史雷电数据；

将所述历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表；

从所述雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各所述最强雷电日中雷电发生的连续时段，利用所述输电线路微气象站获取所述连续时段的平均风速和风向数据；

当满足预设的防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护；

所述防护启动条件包括：平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围；

启动防雷电绕击差异化雷电防护，包括：

对所述防雷目标区域的输电线路进行防雷电绕击差异化雷电防护，同时对所处区域的微地形条件与所述防雷目标区域相同的输电线路进行防雷电绕击差异化雷电防护；

从微气象站记录历史数据中找出该时段最大风速及最大风速时的风向数据，判断每个强雷暴日的最大风速是否大于10m/s且最大风速时风向与输电线路的夹角是否大于45°；

若满足，则高危雷电绕击计数加1；若高危雷电绕击计数超过强雷暴日的一半，则认为微气象站所架设线路及具有相同微地形的相邻线路需要进行差异化雷电防护改造。

2.根据权利要求1所述的输电线路差异化防雷方法，其特征在于，所述最强雷电日为所述雷电日降序表中前5%的雷电日。

3.根据权利要求1所述的输电线路差异化防雷方法，其特征在于，所述步骤获取所述最强雷电日中雷电发生的连续时段，包括：

获取最强雷电日中80%的雷电发生所处的连续时段。

4.根据权利要求1所述的输电线路差异化防雷方法，其特征在于，所述风速阈值为10m/s。

5.根据权利要求1所述的输电线路差异化防雷方法，其特征在于，所述风向范围为：风向与输电线之间的夹角大于45°。

6.根据权利要求1所述的输电线路差异化防雷方法，其特征在于，所述防护启动条件还包括，平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围的日数超过所述最强雷电日数量的50%。

7.一种输电线路差异化防雷系统，用于实现如权利要求1-6任一项所述的输电线路差异化防雷方法，其特征在于，包括：

雷电定位系统，对应将雷电数据以定位对应记录，还用于定位防雷目标区域；

数据获取模块，用于获取防雷目标区域的历史雷电数据，以及获取输电线路上配置的微型气象站中的数据；

数据处理模块，用于将所述历史雷电数据中的日期按日雷电地闪次数降序排列，得到雷电日降序表；从所述雷电日降序表中依序提取多个最强雷电日，获取各所述最强雷电日中雷电发生的连续时段；还用于通过所述数据获取模块获取所述输电线路微气象站获取所述连续时段的平均风速和风向数据，判断最强雷电日的平均风速和风向数据是否满足预设的防护启动条件；

执行模块，用于当满足所述防护启动条件时，启动防雷电绕击差异化雷电防护；

所述执行模块启动防雷电绕击差异化雷电防护，包括：

对所述防雷目标区域的输电线路进行防雷电绕击差异化雷电防护，同时对所处区域的微地形条件与所述防雷目标区域相同的输电线路进行防雷电绕击差异化雷电防护；

所述数据处理模块用于：从微气象站记录历史数据中找出该时段最大风速及最大风速时的风向数据，判断每个强雷暴日的最大风速是否大于10m/s且最大风速时风向与输电线路的夹角是否大于45°；

若满足，则高危雷电绕击计数加1；若高危雷电绕击计数超过强雷暴日的一半，则认为微气象站所架设线路及具有相同微地形的相邻线路需要进行差异化雷电防护改造。

8.根据权利要求7所述的输电线路差异化防雷系统，其特征在于，所述风速阈值为10m/s；所述风向范围为：风向与输电线之间的夹角大于45°。

9.根据权利要求7所述的输电线路差异化防雷系统，其特征在于，所述防护启动条件还包括，平均风速大于预设的风速阈值，且风向满足预设的风向范围的日数超过所述最强雷电日数量的50%。

Images