电网防雷 | 输电线路怎样防范雷击

来源：国家电网报

雷电是在强对流天气条件下产生的一种剧烈放电现象，其速度可达10^7米/秒 ，持续时长约50～100微秒，具有多点散发、短时密集、高能量、破坏性强等特点。一个中等强度雷暴的瞬间功率相当于一座小型核电站的输出功率，严重威胁电网安全运行。

为什么输电线路易遭雷击？我国输电线路防雷技术如何发展，又是怎样为电网稳定运行保驾护航的？

我国已形成完善的电网防雷体系

高电压等级的输电线路大多分布在人烟稀少的偏远地区，距离地面较高，是巨大的引雷体，自身的电气属性使其更容易受到雷电袭击。输电线路一旦遭受雷击，轻则发生跳闸等暂时性故障，重则造成电力设施永久性损坏，严重威胁大电网安全稳定运行。据统计，2020 年，国家电网经营区330千伏及以上输电线路故障类型中，雷击故障占比41.2%。

我国于20世纪80年代开始研究电网防雷技术，略晚于西方发达国家，但经过近40年的发展，已形成了一套完善的电网防雷体系。20 世纪80年代末，我国研制出雷电定位系统，成为继美国之后第二个拥有雷电定位技术自主知识产权的国家 。1995年起，35千伏、66千伏、110～500千伏系列悬挂式复合外套带间隙线路避雷器陆续研制成功并投入运行。

21世纪初，基于地理信息系统的发展，我国技术人员将雷电参数统计数据与地理信息、输电线路相关数据结合，实现了对输电线路沿线雷电参数的统计。2006 年，输电线路差异化防雷评估及治理技术提出，此后逐步完善，防雷治理的针对性和经济性显著增强。2008 年，架空线路雷击闪络预警技术提出，此后不断发展，提升了电网雷击主动防护水平。

国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司（以下简称“武汉南瑞”）长期开展输电线路雷电监测与防护相关工作。该公司电网防雷技术研究团队于2012年研制出我国首台±500千伏直流输电线路避雷器，填补了国内高压直流输电线路防雷领域的技术空白。2016年年初，武汉南瑞自主研发的世界首套±800千伏直流线路避雷器成功挂网。同年，国网电力科学研究院 （南瑞集团）牵头完成的“电网雷击防护关键技术与应用”项目获2015年度国家科学技术进步二等奖。该项目形成了集一套理论模型、两大监测系统、成套防护装置和系列标准于一体的电网雷击防护体系，项目成果广泛应用在电力、铁路、石化等行业的雷害防治中，累计产生间接效益超百亿元。

构建“事前预警-事中定位-事后防护”的电网防雷系统

经过多年的理论研究和实践，武汉南瑞已建立起由雷电监测预警技 术、故障分析研判技术、雷害风险评估技术、综合防雷治理技术构成的雷电监测、预警与防护体系，具备雷电 “事前预警-事中定位-事后防护”核 心管控功能。

● 事前预警

雷击会引起大气电磁场变化，同时发射电磁波。雷击风险预警技术通过大气电场探测、雷电定位、卫星云图、雷达回波等多种技术手段融合，实现对雷击风险源的临近预测， 并综合考虑杆塔结构、地形地貌、雷击点位置等多因素，动态预警输电线路雷击风险。

基于这一技术的雷击风险预警系统可实时计算所覆盖区域未来一段时间内可能发生的雷电活动情况，并根据可能对输电线路运行造成的影响程度发出不同等级的雷击风险预警信息，提前提醒电网运维检修、调度运行、基建施工及其他相关专业 人员在雷暴来临前做好雷击防护措施或紧急应对预案，提升电网雷电灾害主动防御技术水平。目前，雷电预警可实现30～60分钟的临近预警， 准确率达80%。

● 事中定位

雷击监测技术可掌握雷电活动规律，获得地闪密度、雷电流幅值、 故障杆塔位置、故障类型等重要信 息，是输电线路雷电防护的基础。广域雷电地闪监测系统以雷电探测站组成的广域雷电监测网为基础， 关联输电线路台账信息后，可快速查询定位雷击故障，研判故障性质并统计分析雷电参数。当线路发生雷击故障时，建设在线路附近的雷 电探测站会侦测到雷击产生的电磁波，并将数据传输到中心站。系统综合分析故障区域附近3 个探测站 的雷电原始数据，并定位到雷击位置及周边线路信息。

目前，雷电探测站可以探测方圆百千米的雷电，同步时间精度达纳秒级，定位精度在500米以内。武汉南瑞已在全国输电通道上布有 900多个雷电探测站和300 多个雷电预警站，覆盖全国90%以上的大陆面积， 在本地数据中心可掌握全国的实时雷电数据。

当雷电击中输电导线后，雷电流对导线会产生热效应、机械效应和电气效应等方面的危害。分布式故障 监测诊断系统通过安装在输电线路上的分布式监测装置，监测雷击导线后产生的故障电流，从而获取输电线路故障的相关信息。该系统已在国家电网公司系统 27个省级电力公司应用，为输电线路故障定位和故障性质研判提供了重要依据。

雷击光学路径观测系统则可以抓拍输电线路杆塔遭受雷击放电瞬间的光学路径形态，对于研究线路遭受雷击的特点以及了解特殊形式的雷电具有重要意义。该系统已在四川、西藏、青海、湖北、江 苏、浙江、上海等地安装73套，覆盖范围主要为220千伏及以上易遭受雷击的线路区段，获取雷击线路照 片千余张。

雷击故障研判技术基于雷电发展过程参数，对雷击故障全过程进行分析和重演，通过故障录波分析、分布式故障行波波形特征辨识、耐雷水平电磁暂态仿真计算等，深入挖掘雷击故障原因。据不完全统计，武汉南瑞平均每年分析雷击故障100余次。

● 事后防护

雷击闪络风险评估是制订防雷治理策略的重要环节，对提升防雷效果及技术经济性至关重要。目前，武汉南瑞已完成国家电网经营区所有特高压交直流线路 、部分（±）500 千伏重要线路的雷击闪络风险评估工作，为防雷治理策略制订提供了重要依据。

防雷治理方案及防雷设备性能的优劣直接决定防雷效果，是线路防雷的最终落脚点。针对不同电压等级的线路，应采用不同的防雷治理思路及防雷设备。武汉南瑞形成了“四道防线”防雷治理策略及全系列防雷设备，如研制了除±1100 千伏以外的全电压等级线路避雷器， 以及110千伏和220千伏雷击闪络限制器，降低了线路雷击跳闸率；防断电设备中，针对传统 500千伏并联 间隙存在保护失效的情况，研制了新型 500千伏并联间隙，使保护有效率提升至100%。

电网防雷技术向精细化方向发展

随着电网规模不断扩大，电网防雷技术将朝向多样化、精细化、高效化的方向不断发展。武汉南瑞采取 7×24 小时值班机制，基于新开发的雷电数据共享应用平台和“实时+定期”推送的预警预报短信，让运维人员随时随地掌握线路通道的雷电活动情况，并根据30～60分钟雷电临近预警及未来72小时雷电预报信息，提前开展雷击故障综合研判和应急处置前的准备工作，全力以赴应对可能发生的电网雷击事件。

面对日益严峻的防雷形势，武汉南瑞输电线路防雷技术研究没有止步。4月30日，由该公司研发的新型电网雷击路径监测系统在国内首次完整地捕捉到特高压线路的一次雷击接闪全过程；5月10 日，该系统再次捕捉到同一地点的雷击接闪全过 程，积累了丰富的雷击影像资料。

雷电监测方面，武汉南瑞目前正在研制新型高精度雷电探测站，同时改进近距离雷电探测技术，预期将进 一步提升 0～50 千米范围内雷电的 探测效率和定位精度，解决城市配 网、新能源电力设施的高精度雷电监测需求；雷击故障研判方面，将通过波形图像化，由深度学习模型完成数据特征提取和分类推理，实现雷击与非雷击由人工识别转变为自动识别；雷击闪络风险评估方面，目前正在开展重要输电通道雷害风险评估研究， 为重要通道防雷治理方案提供重要支撑；防雷治理技术方面，目前正在研制±1100千伏线路避雷器。

自然界中的雷电不可能消失

人类对技术进步的向往和冲动也不可能终止

技术进步带来的潜在威胁

只能靠技术的继续进步来解决