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华东电网有限公司科学技术报告华东电网落雷密度分布图绘制说明华东电网有限公司上海市南京东路201号二○○八年五月1目录前言......................................................................11落雷密度分布图绘制的必要性..............................................12线路防雷设计现状及不足..................................................32.1国内线路防雷设计规定..............................................32.2线路防雷设计的主要雷电参数........................................32.2.1年落雷密度Ng.................................................32.2.2雷电流幅值概率...............................................52.3线路防雷设计中的不足..............................................53华东地区雷电分布的基本规律..............................................63.1华东电网雷电定位系统的构成与功能..................................63.2华东地区雷电分布的一般规律........................................83.2.1华东地区雷电分布的时间规律...................................83.2.2华东地区雷电分布的空间规律..................................103.3小结.............................................................104落雷密度分布图的绘制方法...............................................104.1落雷密度分布图的绘制要求.........................................104.2落雷密度统计网格尺寸的确定.......................................114.3落雷密度的等级划分...............................................114.3.1自然分割法划分..............................................114.3.2线性相关划分................................................124.3.3指数相关划分................................................124.3.4划分方法的最终选取..........................................134.4落雷密度数据平均值的选用.........................................134.5密度分布图着色...................................................154.6华东电网落雷密度分布图（2008版）.................................155华东电网落雷密度分布图的比对验证.......................................1725.1雷暴日图和落雷密度分布图的比较...................................175.1.1雷暴日和落雷密度的分布比较..................................175.1.2雷暴日图和落雷密度分布图的区域比例比较......................185.1.3两种雷电参数和实际运行数据的关系............................195.2落雷密度分布图和线路跳闸点地理位置的比对.........................205.3落雷密度分布图和线路跳闸率的关系.................................215.4重点区域雷电流概率分析...........................................225.5小结.............................................................246落雷密度分布图的指导意义...............................................256.1对于运行线路的指导意义...........................................256.1.1协助分析线路跳闸的原因......................................256.1.2指导线路跳闸率的统计和比较..................................256.1.3指导运行线路的防雷措施改造..................................256.2对新建线路的指导意义.............................................266.2.1指导新建线路的规划..........................................266.2.2指导新建线路的防雷设计......................................267结论和展望.............................................................26附录1华东电网落雷密度分布图使用导则....................................28附录2华东电网落雷密度分布图的绘制原则..................................321前言雷击是造成输电线路跳闸停电的主要原因。掌握地区的雷电活动规律，无论是对于新线路的防雷设计，还是对已建成线路的防雷改造都具有十分重要的意义。目前，电力部门在划分雷电活动强弱地区时，仍然是根据气象部门提供的该地区的雷暴日的数量，而在计算输电线路的落雷次数时采用的参数是雷暴日乘以地面落雷密度。运行经验表明，该方法计算的落雷次数比真实值偏低，且也无法反映不同落雷密度地区的差异，存在很大的局限性。上世纪7O年代中期发展起来的基于磁场定位和时差定位原理的雷电定位系统，使雷电定位更为准确、统计数据更为全面，能够为雷电活动的参数研究提供良好的基础。华东电网雷电定位系统投运十多年来，运行情况良好，已积累了大量的基础数据，可用于探寻、掌握华东地区的雷电活动规律。本报告立足于华东电网雷电定位系统多年积累的基础数据，结合华东地区的实际需求，研究了华东电网落雷密度分布图绘制的方法，检验了所推荐落雷密度分布图的科学性，最后指出落雷密度分布图对于电网建设运行的重要指导意义。1落雷密度分布图绘制的必要性输电线路在运行过程中承受工频电压、操作过电压和大气过电压时，都可能会发生外绝缘闪络事故。近几年，通过线路调爬等措施使线路的污耐压水平得到提高，线路在工频电压下的可靠性明显提高。同时，在超高压输电系统中，操作过电压已被限制在较低的幅值水平，极少发生因操作过电压导致线路闪络的故障。国内外运行经验表明，大气过电压（雷电）引起的绝缘闪络已成为线路故障的主要原因。2表1-12004年～2007年华东电网500kV线路雷击跳闸统计年份上海江苏浙江安徽福建华东2004雷击跳闸次数012311935雷击跳闸率（次/100km.a）00.2380.3680.2820.6670.284雷击占总跳闸的百分比042.8%57.9%20%64.3%43.2%2005雷击跳闸次数1671722雷击跳闸率（次/100km.a）0.180.0970.2260.0080.5180.179雷击占总跳闸的百分比25%50%43.8%8.30%46.7%39.3%2006雷击跳闸次数191761144雷击跳闸率（次/100km.a）0.170.1370.40.4170.8450.311雷击占总跳闸的百分比50%50%80.9%60%100%70.9%2007雷击跳闸次数011163939雷击跳闸率（次/100km.a）00.1460.3510.1360.570.236雷击占总跳闸的百分比0%55%72.7%50%69.2%60.9%近年的华东电网500kV线路跳闸情况见表1-1，可见雷害引起的线路跳闸故障所占比例较高。2004年～2007年的华东电网线路雷击跳闸率范围在0.179～0.311次/100km.a，平均达到0.253次/100km.a，与国家电网公司要求的0.14次/100km.a有较大的差距。目前华东电网500kV线路设计时，大多取40雷暴日作为设计依据。然而，运行经验表明，按常规雷暴日设计的线路防雷水平明显偏低，达不到相应线路跳闸率的要求，主要原因包括，1）雷暴日不能有效反映区域雷电的密度，一天中无论多少次雷击均统计为一个雷暴日；2）随着输电线路的建设发展，线路越来越多的经过偏远地区、少人居住区，而这些区域的传统雷暴日统计数据往往空缺或缺乏准确；3）雷暴日不对对地放电与云间放电进行区分，而防雷设计中最关心的就是地面落雷。华东电网雷电定位系统投运十多年来，覆盖了华东四省一市，运行情况良好，积累了大量的雷电基础数据。通过上述数据的统计分析，可得到年度落雷密度等线路设计基本参数，这不仅避开对雷暴日的统计误差，而且可更精确、更全面、更客观的反映线路雷击状况，直接指导线路设计与3运行。因此，非常有必要及时开展基于雷电定位系统数据的华东电网落雷密度分布图的绘制工作。2线路防雷设计现状及不足2.1国内线路防雷设计规定目前，我国输电线路的防雷设计原则：1）通过设计线路的防雷电反击绝缘水平，来控制一定的耐雷水平和雷电反击跳闸率；2）通过设计一定的保护角来控制线路的绕击跳闸率。根据电力标准《DL/T620－1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的相关要求，导线对杆塔的空气间隙应符合以下三种电压要求：工频电压、操作过电压和雷电过电压。500kV输电线路的防雷设计要求如表2-1所示。表2-1500kV线路防雷设计要求注：括号内雷电过电压间隙与括号内绝缘子个数相对应，适用于发电厂、变电所进线保护段杆塔。由表2-1可见，对于常规500kV线路的防雷过电压要求往往决定了线路绝缘子的最小空气间隙。2.2线路防雷设计的主要雷电参数2.2.1年落雷密度Ng当线路设计中确定了反击耐雷水平和保护角后，根据线路走廊内的每年落雷数量，就可以计算出线路的跳闸率。同样在已经投运的线路中，年线路走廊附近实际的落雷数基本决定了每年的跳闸次数。实际上，线路设反击耐雷水平（kA）125～175防绕击耐雷水平采用双避雷线，保护角不大于15度雷电过电压间隙（cm）330(370)操作过电压间隙（cm）270工频电压间隙（cm）130悬垂绝缘子串的绝缘子个数（片数）25(28)4计和运行中最关心的雷电参数是落在线路走廊内的年落雷总数，它取决于线路高度、宽度和线路所在地区的年落雷密度。因此，可以认为线路防雷设计的核心雷电参数是年落雷密度，即一年内每平方公里的地面落雷次数，在本文中以Ng表示。目前，由于国内传统的线路防雷设计中无法获得年落雷密度Ng，在计算每年每百公里的线路雷击次数N时，一般采用了近似公式进行计算，如式（2-1）所示。N