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我国电网雷电监测与防护技术现状及发展趋势,由陈家宏,赵淳,谷山强,向念文,王宇,雷梦飞撰写。
研究背景
雷电对电网安全运行影响频繁,电网雷击问题一直备受关注。我国电网防雷工作者经过多年努力,基于“发现问题–分析问题–解决问题”的技术路线,已形成一套较为成熟的电网防雷技术和规程。发现问题依靠雷电监测,广域雷电地闪监测系统的雷电探测站由模拟式升级至新一代数字式,总体探测效率提升至90%以上,定位误差≤500m;分布式雷击故障监测技术及系统进一步推广应用,监测设备在26个省级电网输电线路上安装,雷击/非雷击故障辨识准确率达98%,绕击/反击识别准确率达95%,故障点定位准确率达89%;自然雷击光学路径观测系统不断完善,首次在国内捕获了多张直击于500kV线路的雷电形态高清图像。分析问题依靠防雷风险评估,输电线路雷击计算的相关理论和模型逐步完善,差异化防雷评估系统在25个省级电网安装运行,指导超过500条330kV及以上线路的防雷改造。解决问题依靠防雷措施,继交流线路避雷器取得显著防雷效果之后,我国率先开发±500kV直流线路避雷器并应用成功,±800kV直流线路避雷器也于世界首次挂网试运行。防雷技术的发展与应用极大提升了输电线路防雷运行与维护水平,雷击跳闸率与故障停运率均处于世界最优水平。
我国电网建设规模加大,尤其特高压交、直流输电线路是能源输送的重要通道规划和建设规模增速明显,同时,在全球气候变化的背景之下,强对流天气频发,雷电活动增强趋势明显,电网防雷面临若干较突出问题。本文将主要从雷电观测、防雷评估和雷电防护3个大的方面对近年来我国电网防雷技术的现状进行回顾和总结,重点面向输电通道、直流与配电线路防雷问题对未来防雷技术的主要研究发展方向进行展望。
主要内容
1、雷电监测技术
1.1广域雷电监测
我国于2006年建成了覆盖全国电网和大部分国土面积的全国雷电地闪监测网,中国成为拥有自主知识产权的雷电监测系统的国家,雷电监测网规模和工程应用水平居世界领先地位。2009年笔者团队开展了全数字化雷电探测技术研究,成功研制出基于第3代全数字式雷电地闪探测站DLF–3000的广域雷电地闪监测系统。目前我国电网建设的雷电监测网覆盖全国除台湾外的所有行政区域。广域雷电监测系统有效支持了雷电参数长期统计和输电线路雷击故障查找。
我国电网雷电地闪监测网站点位置与重要输电线路分布图(截止到2016年9月)
1.2雷击监测
输电线路分布式故障监测技术采用区段化、高电位测量,能够监测出线路上各种电流形波较为丰富的瞬态特征,根据不同状态下暂态行波特征,实现雷击/非雷击故障辨识、绕击/反击辨识和故障杆塔精确定位。
分布式雷击故障监测系统工作示意图
国网研发的输电线路雷击光学路径监测系统,利用高灵敏光学触发器智能感知雷击过程,实时记录雷击光学图像并自动发送给远端服务器,实现了在本地就能掌握远隔千里野外运行的输电线路雷击状况。
雷击光学路径监测装置2015年6月25日捕获的雷击输电线路本体照片
通过在高塔或高建筑物或输电杆塔上安装电流测量传感器(罗氏线圈、同轴分流器等)可以对雷电流波形进行高精度测量。2007年以来,我国也在云南、山西、广州等地电网开展了一系列直击雷测量研究,主要通过定点安装全波形雷电流测量装置获取雷击杆塔顶部的雷电流时间、波形、幅值、极性。
2、防雷评估技术
架空输电线路分布范围广泛,沿线地形地貌复杂、雷电活动分布不均,加上线路结构、绝缘差异等因素,精细化评估线路雷击风险的难度较大,但一直是防雷科研和生产运行努力的目标。
基于线路走廊雷电监测数据样本库,实现以地闪密度为依据的雷区等级划分,并绘制全国范围的雷电地闪密度分布图;对输电线路走廊雷电流幅值累积概率曲线的统计分析,结果与IEEE概率推荐分布一致性明显优于现行国标,指导输电线路设计、运行管理和防雷改造。精细化地形地貌数据在防雷评估中主要使用地面倾角和地貌数据,导地线相对地面的准确高度采用弧垂和地貌数据进行修正,最大绕击电流计算过程中需要调整地面倾角。3维激光扫描技术可实现线路结构信息的精细化测量,该方法能提取更加精确的杆塔定位坐标、导地线间的间距及弧垂、转角塔外侧跳线保护角等重要参数,该项技术已成功应用于三峡近区500kV送出线雷电风险评估中并取得良好应用效果。
延伸阅读:智能变电站继电保护在线监测及校验系统
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风能,作为一种清洁的可再生能源,取之不尽,用之不竭。随着我国“双碳”目标的提出,风电发展驶入快车道,陆上、海上的风电场建设如火如荼,成为保护环境、输送绿色能源的“风中使者”。截至2022年底,我国累计装机超过18万台,容量超3.9亿千瓦,同比增长14.1%;其中,陆上累计装机容量3.6亿千瓦,占
3月15日,在国家电网有限公司雷电监测与防护技术实验室里,3名技术人员讨论着新型电力系统复杂混联电网雷击过电压监测方法与抑制技术。目前,实验室已经掌握关键节点及低耐受设备的雷击致灾机理,正在建立相应的雷击仿真模型。雷电监测与防护技术实验室着眼于解决电网防雷领域重大难题,遵循“事前预警
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在8月28日召开的青海省电力公司雷电定位系统项目验收暨成果鉴定会上,参与青海公司雷电定位系统验收的与会专家一致认为,公司的雷电定位系统项目紧密结合青藏高原高海拔地区电网的实际情况,圆满完成了项目任务书规定的内容,项目通过验收。“雷电定位系统”这一成果的成功研制和开发,对于青海公司监测雷电、研究雷电,同时预防雷电对电网的破坏具有重大意义。 据了解,青海雷电定位系统是一整套全自动、大面积、高精度、连续性、实时雷电监测系统,能实时显示雷击的发生时间、位置、回击次数等各种雷电参数,并且能够做到雷电信息的实时共享,是当今具有划时代意义的观测和研究雷电,
由国网电力科学研究院防雷技术研究所承担的“特高压交流输电线路雷电监测技术方案研究与建设”项目,2009年2月15日在特高压交流试验示范工程单项研究专题第八次审查会上顺利通过验收。本次验收专家委员会由来自国调中心、华北网调、北京市调、山西省调、河南省调、湖北省调的专家组成。 该项目针对1000kV特高压交流试验示范工程雷电监测需求,提出了山西、河南、湖北、陕西、河北等五省雷电监测系统原始探测数据共享方式联网,并在河南增补五个探测站点的方案,建设了资源节约、环境友好、技术经济性高的高探测效率、高定位精度特高压交流试验示范工程雷电监测网。 特高压试验
3月19日,广州市发展和改革委员会关于印发广州市2025年重点建设项目计划。2025年市重点建设正式项目共905个,年度计划投资3657亿元。在电网项目中,包括220千伏及以下输变电工程、500千伏输变电工程、万顷沙南部配套电力管廊(一期)、广州电网小型基建项目、输电监测中心生产检修用房、藏东南至粤港澳
3月18日,国家电网有限公司大同—怀来—天津南1000千伏特高压交流工程开工建设。据悉,大同—怀来—天津南工程起于山西省大同市,途经河北省燕山山脉和海河流域,止于天津市滨海新区,新建大同、怀来、承德、天津北四座变电站,扩建天津南变电站,新增变电容量1800万千伏安,新建双回线路长度770千米。
晋冀绿电通津门,山海同脉启新程。3月18日,国家电网有限公司(以下简称“国家电网”)大同—怀来—天津南1000千伏特高压交流工程正式开工建设,我国华北地区将新增一条贯通山西、河北能源基地与天津负荷中心的能源大动脉。大同—怀来—天津南工程起于山西省大同市,途经河北省燕山山脉和海河流域,止
巍巍秦岭,绵亘千里,为三秦大地构筑起一道无可替代的绿色生命线。在这里,一台台风机巍然耸立,一排排光伏板熠熠生辉,抽水蓄能电站于青山绿水间拔地而起,绘就绿色低碳发展美丽画卷。为加快建设新型电力系统,推进能源清洁低碳转型,国网陕西省电力有限公司牢记“国之大者”,始终践行人民电业为人民
3月18日,国家电网有限公司大同—怀来—天津南1000千伏特高压交流工程开工。这是深入贯彻习近平总书记重要指示精神、深化政企合作、推动能源生产和消费革命、助力天津河北山西三省市高质量发展的具体实践。工程将架起“西电东送”新通道,助力电力保供和区域协调发展。山西是全国重要的综合能源基地,
从可耐受地震烈度9度的特高压1000千伏变压器,到能提升能源供应效率400%的超导电缆,再到打破进口垄断的全国产化直流电子式电压互感器和电流互感器……在国家能源局发布的第四批能源领域首台(套)重大技术装备名单中,国家电网有限公司22个项目25类设备通过评估,总体数量创历年新高。这些在国内率先
3月18日,国家电网有限公司召开大同—怀来—天津南1000千伏特高压交流工程开工动员大会,以实际行动贯彻习近平总书记重要讲话精神,落实全国两会部署,为中国式现代化赋动能作贡献。天津市委常委、常务副市长刘桂平,天津市副市长翟立新,公司董事长、党组书记张智刚在天津会场出席会议。山西省副省长
3月18日,天津市委书记陈敏尔在天津与国家电网有限公司董事长、党组书记张智刚举行会谈。双方表示,要以习近平新时代中国特色社会主义思想为指导,全面贯彻党的二十大和二十届二中、三中全会精神,深入贯彻习近平总书记在天津考察时的重要讲话精神,保障电力安全可靠供应,推动能源绿色低碳转型,加快
3月18日,国家电网有限公司大同—怀来—天津南1000千伏特高压交流工程(下称“大同—怀来—天津南工程”)开工建设,计划2027年6月建成投运。届时,华北将新增一条贯通山西、河北能源基地与天津负荷中心的能源“大动脉”,每年可促进新能源电量消纳超146亿千瓦时。国家电网公司董事长、党组书记张智刚
规划建设以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点的大型风电光伏基地,是贯彻落实党中央、国务院重大决策部署,提高可再生能源供应能力、推动能源清洁低碳转型和支撑如期实现“双碳”目标的重大举措。2021年以来,国家发展改革委和国家能源局制定了规划布局方案,相继印发了三批大型风光大基地建设项目清单。目前
今年3月1日,山东迎来“外电入鲁”战略20周年。过去20年间,共有1.22万亿千瓦时省外来电输送至齐鲁大地,为山东经济社会发展提供了澎湃动能。独立省网的辉煌与隐忧山东是经济大省,也是能源生产与消费大省。“在2005年以前,山东电网一直未与外省联结,是全国少数独立省网之一。”国网山东省电力公司(
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