e堂课｜看电网大数据如何抵御雷电灾害

微雨百花新，一雷惊蛰始。

2021年，浙江全省地闪密度比近四年（2017-2020年）平均地闪密度增加15.8%，闪电落雷更加频繁。但因雷击导致停电的事件却比以前大大减少了。数据显示，全省雷击跳闸率降低了5.1%。

这背后，是电网抵抗雷电灾害的技能再次升级——大数据防雷术。

01.雷电预警装置预知雷电产生

雷云形成过程中大气电场变化

雷电从发生到落下，仅在电光火石间，过去人们只能通过“看”和“听”了解雷电，但所谓迅雷不及掩耳，从看见到听见的这点时间，让人根本来不及反应。

如果能预知落雷区域，那么就可以提前作出部署，减少或避免损失发生。

雷电出现的本质是雷云中有不断变化的电荷出现，这些电荷也会对周围大气的电场强度产生影响。晴天大气电场幅值较小且呈连续变化趋势，而雷电发生前，随着起电过程增强，云中电荷不断累积，大气电场幅值逐渐增大，当大气电场幅值达到大气击穿的临界值时，就出现了雷电。

因此，想要预知落雷的发生，首先要发现并监测大气电场强度的变化，这就要用到雷电预警装置。它主要用于探测大气中带电物质所引起的地面电场变化，对局部地区潜在雷电活动及静电事故进行感知。

国网浙江电力根据历史落雷和线路跳闸数据，经过缜密计算，优化站点选址，在全省雷击最频繁的地区部署了24台雷电预警装置。每台雷电预警装置能够覆盖15至30公里，可以有效覆盖监测区域的骨干电网。

杭州富阳区王洲雷电预警装置

02.雷电预警系统告知雷电预警

雷电预警装置是针对固定范围内的雷电进行预警，如果遇到移动的雷电，该怎么办？

想精准预警到移动的雷电，就要提升雷电预警的准确性和及时性，除了对雷电影响范围、开始和结束时间、位置信息等内容进行精准预测，还需要根据大气电场强度的变化，结合该地区历史雷电数据、雷达回波、卫星云图等数据开展综合判断，采用空间密度聚类、光流外推等技术，挖掘出时间序列下的雷暴云变化，获得雷电活动运动趋势并进行预测，从而将雷电造成影响降到最低。

硬件监测只能进行数据采集，后续还需要一套可靠的算法系统进行信息处理，也就是雷电预警系统。它通过监测雷暴形成和发展过程中各种环境物理量，可以实现特高压线路及密集通道的短时临近雷电预警（提前30分钟）和区域（市级）中长期雷电预报（提前24小时）。

雷电预警系统短时临近雷电预警（颜色越深表示雷击风险越大）

雷电预警系统中长期雷电预报（颜色越深表示雷击风险越大）

雷电预警系统可生成线路雷击风险预警图，预警按照危险程度由弱到强分为黄色预警、橙色预警、红色预警。当出现红色预警时，表示该杆塔区段内已经发生了雷电活动，代表危险系数较大，线路运维人员应赶到对应杆塔区段现场，监控线路雷击环境与运行情况，一旦发现闪络，立即报送故障信息，并在雷电过境风险降低后，及时开展故障分析与应急抢险工作。

03.大数据实现雷电精准定位

雷电威力巨大，预警和前期防雷部署虽可大大减小雷电对电网的影响，有时仍然防不胜防。

输电线路遭到雷击故障停运，这就需要尽快定位被击线路并进行抢修复电。这时候可利用大数据进行地闪定位和分布式故障定位来精准找到雷电的位置。

先说地闪定位，它可以确定雷击的触地范围，主要依靠国网雷电监测预警中心研发的雷电探测装置——“蘑菇超人”实现。

点击图片可跳转至文章《跑赢雷电的，不是闪电侠，是“蘑菇超人”》

由于雷电发生时会产生强大的光、声和电磁辐射，电磁辐射场一般可达数百公里或更远，最适合作为大范围监测的信号。“蘑菇超人”就是用于监测电磁辐射场的重要装置。

目前，浙江电网共安装了14个“蘑菇超人”，分布于各个地市，每个“蘑菇超人”可以覆盖80至100公里的监测范围，在接收到雷电预警系统的预警信息后，预警区域内的“蘑菇超人”相互配合，同时测量雷电电磁辐射场，剔除云闪（云层之间的放电现象）信号，对地闪定位，第一时间锁定雷击的发生地点。

“蘑菇超人”配合雷电定位系统生成地闪密度图，获得输电线路及其附近区域的历史雷击信息，可以有效指导输电线路的差异化防雷工作，对易遭受雷击线路采取安装线路避雷器、安装可控放电避雷针、降低接地电阻等措施，降低其遭受雷击的概率。

2021年浙江省地闪密度图（颜色越深表示历史遭受雷击情况越严重）

分布式故障定位则用于进一步确定雷电击中的输电线路段，主要采用分布式监测终端装置实现。这是一种分散布置在输电线路上的故障采集分析装置，配置有GPS时钟。

当线路遭受雷击时，雷击引起的雷电波形会沿着输电线路导线传播，该装置通过捕获故障电流信号，结合故障发生的时间，进行故障辨识和故障点精确定位。据应用统计，系统平均故障定位误差小于等于300米，能有效解决线路故障精确定位及故障原因辨识等问题。在受雷击频繁的线路上，可针对性进行线路差异化改造安装，提高线路发生雷击故障后的复电速度。