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应用雷电定位系统对河北南网雷电活动的分析

刘晓冬1，苏红梅1，孙增杰2，樊庭蔚3，李璠1
(1.河北省电力试验研究所，河北石家庄050021；2.河北电力调度通信中心，河北石
家庄050021；3.石家庄供电公司，河北石家庄050051)

　　摘要：文章应用雷电定位系统对河北南网1999～2001年的雷电活动进行了分析与总结，主要对雷电流的幅值和极性分布等参数进行了统计分析；同时比较了河北南网2001年各地区的雷电活动情况，为防雷保护提供雷电资料。
关键词：雷电定位系统；雷电活动；故障定位

雷电是大自然中与人们的生产生活密切相关的一种自然现象，直接关系到电力安全生产。随着科学技术日新月异地迅速发展，人们已经越来越多地了解这一神秘的自然现象，通过分析掌握其活动规律，可以更好地防止对人类生产、生活造成危害。华北电网雷电定位系统经过3 a的运行已逐渐发展成为一种为电力系统安全生产服务的有效工具。
1雷电定位系统简介
雷电定位系统LLS（Lightning Locating System）是一种大面积、全自动、实时性雷电监测网。该系统采用GIS（地理信息系统）、GPS（全球卫星定位系统）和RS（遥测系统）等先进的现代技术，自动实时遥测雷击发生的时间、地点、雷电流幅值、极性和回击次数等雷电特征参数，对迅速查找雷击故障点、雷暴预警、优化调度、保证系统安全运行以及进行雷电观测、掌握雷电活动规律有着重要意义。华北电网雷电定位监测系统由原华北网局统一规划管理，1996年发展至今，已具有覆盖京津唐及山西、河北、内蒙三省(区)电网的4个中心站、27个雷电探测站、35个实时显示分析终端站。其中河北南网雷电定位系统包括安装在河北电力调度通信中心的1个中心站，石家庄、邯郸、保定、沧州、衡水市区的5个探测站以及分布在省调、地调、电研所等处的8个显示分析终端站。这些站点通过专线与华北、山西、内蒙等地实现数据共享，共同组成华北地区雷电定位系统。
雷电信息系统LIS(Lightning Information System)是整个监测系统面向用户的最后环节，它通过把雷击点及相应的雷电参数定位在计算机屏幕上的电子地图的相应位置，将雷击事故及分析展现在生产调度与科研人员面前，供用户汇集大量雷电数据并完成各种统计分析工作。

2雷电定位系统对雷击跳闸故障处理的指导作用
雷电定位系统能在雷击跳闸时，通过定位落雷位置，协助查线，快速排除故障。1999～2001年河北南网的220～500 kV线路没有雷击跳闸事故的报告，但京津唐地区的大房500 kV双回线在2000年8、9月中出现4次雷击事故跳闸，雷电定位系统完全准确捕捉到3次，其中2000年8月18日保护EMS时间22：20：10大房Ⅰ线故障跳闸，当时通过河北中心站查询到雷击时间为22：20：10，雷电强度为－30.8 kA，查询到雷击杆塔号为611～616。以此指导查线，最终结果：事故杆塔为612/613。由此可见，雷电定位系统准确定位雷击杆塔，大大减少了巡线人员的工作量，节约了时间，迅速消除故障，在雷击跳闸事故处理中发挥了重大作用。

3河北南网落雷统计分析
3.1河北南网年度落雷统计

LIS还具有非常强大的统计分析功能。利用LIS软件统计出的1999～2001年河北南网雷击情况如表1所示。
表1中“雷电日”与传统的“雷电日”概念有所不同。传统意义上是气象人员听到雷声就算为1个雷电日，雷电信息系统中则是探测器探测到所统计的区域范围内有雷就算为1个雷电日。表1中的“雷电日”的意义是指探测器探测到整个河北南网范围内有雷的天数，与“华北地区雷电日约为30 d/a，属少雷区”的传统认识并不矛盾。与国内其它地区，特别是雨水较多的南方进行比较，会对河北省总体落雷情况有一个清楚的认识。通过表2看出华北地区普遍落雷密度较小，与广州相比雷电活动较少。从我国其它地区对雷电定位系统雷电流幅值的探测准确度试验看，其准确度还是相当高的。

3.22001年河北南网雷电统计分析
2001年（2001-01-01～2001-12-02）河北南网雷电活动按月统计情况见表3，全年雷电日197 d，雷电小时1 544 h，雷电总数50 884个，最大雷电流为446.8 kA，平均雷电流27.9 kA，正极性雷9 989个，负极性雷40895个，平均落雷密度为0.003 094个/(km2·雷电日)。雷电中负极性雷占雷电总数的80％。
雷电是一种自然现象，雷电流的幅值更是受很多随机因素影响，具有非常大的分散性，通过雷电定位系统在华北地区的几年试运行，积累了一定量的雷电数据。对这些数据进行统计，表3为河北南网2001年雷电按月统计表，图1是2001年河北南网雷电流幅值分布直方图，图2是2001年河北南网雷电流幅值和极性饼状图，图3是2001年河北南网雷电流幅值概率曲线。从表3可看出，雷电活动主要集中在5～8月，即每年夏季，符合河北省的气候特点。结合图1～图3，可分析出雷电流大小和极性分布：负极性雷的数目远超出正极性雷的数目，一年四季均如此；但正极性雷的幅值普遍比负极性雷的幅值高，而且电流幅值最大的雷也是正极性的雷。
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应用LIS软件的落雷密度分析功能，还可得到河北南网区域落雷密度网格图(略)，网格图通过计算机屏幕以不同的颜色表示不同的落雷密度，从网格图可直观地看出河北南网绝大部分地区的年落雷密度均在0～2.07 个/(km2·a)范围内，雷电活动不强烈。
4河北南网2001年各地区雷电活动分析

雷电活动与地形、气候等自然因素有关，例如山区地形不开阔，雷云电荷消散不畅，易形成雷电；靠海地区气候潮湿、雨水多，雷电也比较多等。河北省沧州地区东临渤海、保定大部分地区和石家庄西部地属太行山脉，地形气候特点造成这些地区较河北省其它地区雷电活动频繁一些。表4和表5是从行政区域上对各地落雷情况的统计，可以看出河北南网2001年各地区的雷电均较少。石家庄市2001年（2001-01-01～2001-12-02）雷电日为106 d，雷电小时508 h，雷电总数9 968个，其中最大雷电流为446.8 kA，正极性雷1 802个，负极性雷8 166个，平均落雷密度为0.006 699个/(km2·雷电日)。根据需要还可从其它角度对落雷进行有针对性的统计分析，这里不再赘述。
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雷电活动规律的掌握需要长期的观察总结，仅仅根据近三年的雷电数据还不能做出全面、透彻的分析，但是依据雷电定位系统可以开始积累并逐渐完善雷电活动数据，对摸索河北南网雷电活动规律，指导防雷有很大意义。
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5结束语
华北地区雷电定位系统河北南网部分经过3 a的运行，技术日趋成熟，运行逐渐稳定，雷电接收、定位、查询、分析各项指标达到设计要求，为缩短输电线路雷击故障的处理时间，减少雷击损失，指导电网防雷设计提供了新的技术支持。

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