1、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编制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.10
2、4.1 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
3、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323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
4、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
5、。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。4表
6、 1-1 2004 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 华东雷击跳闸次数 0 12 3 11 9 35雷击跳闸率（次 /100km.a） 0 0.238 0.368 0.282 0.667 0.2842004雷击占总跳闸的百分比 0 42.8% 57.9% 20% 64.3% 43.2%雷击跳闸次数 1 6 7 1 7 22雷击跳闸率（次 /100km.a） 0.18 0.097 0.226 0.008 0.518 0.1792005雷击占总跳闸的百分比 25% 50% 43.8% 8.30% 46.7% 39.3%雷击跳闸次数 1 9 17
7、 6 11 44雷击跳闸率（次/100km.a） 0.17 0.137 0.4 0.417 0.845 0.3112006雷击占总跳闸的百分比 50% 50% 80.9% 60% 100% 70.9%雷击跳闸次数 0 11 16 3 9 39雷击跳闸率（次/100km.a） 0 0.146 0.351 0.136 0.57 0.2362007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，可见其中雷害引起的线路跳闸故障所占比例较高。2004 年到2007 年的华东电网线路雷击跳闸率范围在 0.1790.311
8、次/100km.a，平均达到 0.253 次/100km.a这，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。线路跳闸统计表明按此设
9、计的线路防雷水平明显偏低，达不到对线路跳闸率的要求，需要提高其设计耐雷水平。通过对电力系统各设计、运行单位调研发现，无论设计人员还是运行人员均认为雷暴日的统计方法受方法本身、人为、地理等因素的影响，误差很大。首先，未能反映出是对地5放电还是云间放电，而进行防雷设计的时候最关心的就是地面落雷。其次，采用雷暴日不能有效反应该区域雷电的密度，一天中无论多少次雷击都统计为一个雷暴日。而且，传统的雷暴日的统计数据都是人为收集的，边远地区、无人区等往往漏计。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落雷数据。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
10、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运行。采用落雷密度数据比雷暴日更精确，更为全面，更客观地反映线路雷击状况。采用年度落雷密度参数,可以避开对雷暴日的统计，避免人为的统计误差，得到适用于线路设计的基本参数。因此，非常有必要及时开展基于雷电定位系统数据的绘制华东地区电网落雷密度分布图的绘制工作非常有必要及时开展。2 线路防雷设计运行现状及不足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
11、据电力标准“ DL/T6201997 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。是满足反击耐雷水平，对于 500kV 线路反击耐雷水平规定为125175kA。对于防绕击,要求 500kV 线路采用双避雷线，保护角不大于15 度。同时标准规定了最小间隙：海拔不超过 1000m 地区架空送电线路绝缘子串及空气间隙不应小于表 2-1 所列数值。在进行绝缘配合时，考虑杆塔尺寸误差、横担变形和拉线施工误差等不利因素，空气间隙应留6有一定裕度。表 2-1 500kV 线
12、路防雷设计要求 线路绝缘子每串最少片数和最小空气间隙 cm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。由从表 2-1 可以看出见，对于常规 500kV 线路的实际上防雷电过电压要求的间隙最大，往往决定了线路绝缘子的最小空气间隙。另外根据国网公司的要求，线路的雷击跳闸率应满足一定要求，对于 500kV 线路来说跳闸率小于 0.14 次/100km.a。2.2 线路防雷设计和运行的主要核心雷电参数2.2.1 年落雷密度 Ng目前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
13、路的绕击跳闸率。当线路设计中确定了反击耐雷水平和保护角后，知道根据线路走廊反击耐雷水平（kA） 125175防绕击耐雷水平 采用双避雷线，保护角不大于 15 度系统标称电压（ kV） 500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)悬垂绝缘子串的绝缘子个数25(28)7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。因此实际上，线路设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
14、区的年落雷密度，。因此，可以认为线路防雷设计和运行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 2.3 年落雷密度 Ng国内传统的线路防雷设计中没有办法取得无法获得年落雷密度 NgNg这个数据，在计算每年每百公里的线路雷击次数 N 时，就一般采用了一个近似公式进行计算，如式（2-1）所示的方法。公式采用：N 0.1T （ b+4hav） 式（2-1）其中T是为年雷暴日数；表示每一雷暴日、每平方公里的地面落雷次数，单位：次/km 2.雷暴日；T的乘积表示该地区的年落雷密度，单位：次/km 2.a；ha为 v地线（或者导线）的平均高度；4*hav
15、 为我国根据模拟试验和运行经验提出的等值受雷面积的宽度；b b为两根地线之间的距离）。实际上，现行标准中实际上用 T 得到该地区的年落雷密度，即NgNg。通常在 40 雷暴日情况下，取 0.07 （经验数据），对应的年落雷密度 Ng 为 2.8。 。但雷暴日的应用是相当不精确的，而每雷暴日的落雷密度 也是采用经验数值， 通常在 40 雷暴日情况下，取0.07，对应的年落雷密度 Ng 为 0.28。美国由于雷电定位技术应用较早，美国电网企业其积累的落雷密度相关数据已经利用到于线路的设计：。在“IEEE Std 1243-1997：IEEE Guide for Improving the Ligh
16、tning Performance of Transmission Lines”中，其防雷设计计算中优先选取雷电定位系统的记录的落雷密度（ground flash-density ，GDF)作为计算依据，只在没有无法获得这个数据时，才根据落雷日或落雷小时进行估算。美国根据雷暴日估算年落雷密度的公式如下：8Ng 0.04Td1.25图2-1 美国根据1989年1998年雷电定位系统数据绘制的美国年平均落雷密度2.4 防雷设计计算中的几个经验公式鉴于落雷的随机性较大，观测比较困难，在防雷计算中往往要使用一些经验公式、统计参数并进行一定的假设。除了前面叙述的落雷密度外，还有以下几个方面：2.4.1
17、线路引雷宽度在“DL/T 620 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合”中，平均高度为 h 的线路，两根避雷线之间的距离为 b 的线路，其引雷宽度为：b+4h。对应的美国标准“IEEE Std 1243-1997：IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines”，杆塔高度为 H，两根避雷线之间的距离为 b 的线路的引雷宽度： 928H0.6+b。上述公式都是在一定试验基础上总结的经验公式，存在一定的差异是难免的。2.4.2 雷电波形的假设雷电流波形是雷电的重要参数，根据各国的测试结果，一般雷电流波头
18、的长度不一样，主要分布在 14S，在防直击雷设计中一般采用2.6/40S 的标准波形。由于波头的陡度对雷电过电压的影响很大，如果在雷击故障分析中假设雷电流是标准波形，只根据雷电流的幅值来对进行比较和分析就会存在一定的片面性。2.42.3 2 雷电流幅值概率我国一般地区雷电流幅值超过 I 的概率可按下式（2-2）求得：8lgIP式（2-2） 式中：P 为 雷电流幅值概率； I 为 雷电流幅值， kA。我国原来的标准是采用的是：108lgI后来根据浙江新杭线 1962 年1988 年的统计资料进行了更新。由于不同时间、不同地区的雷电流概率分布会有一定差别，可以考虑借助雷电定位系统提供的雷电流参数，
19、分别进行统计分析，使这项参数更精细化、更准确的满足电网要求。2.3 线路防雷设计中的不足如上所述，在传统线路的防雷的设计环节中，基于雷电观测手段的局限性，存在一系列的假设和经验公式。在目前华东雷电定位系统发展已较为成熟的条件下，有必要对相关的雷电参数进行精细化处理，主要包括：10（1）用雷电定位系统积累的数据得出年落雷密度 Ng ，以代替基于雷暴日的 T 的估算方法。；（2）借助于雷电定位系统的雷电流分布对现有的统一概率分布曲线尝试进行细化，该项工作在对雷电定位系统的测量精度经常校准后效果更好。目前，作为防雷工作精细化的第一步，就是利用雷电定位系统的数据初步研究华东地区雷电活动的规律，统计分析
20、华东地区的落雷密度，并进行落雷密度分布图的绘制。3 华东地区雷电分布的基本规律 3.1 华东电网雷电定位系统的构成与功能华东电网雷电定位系统由上海、江苏、浙江、安徽和福建 5 个分系统、51 个探测站组成，是国内探雷电定位探测站数最多的区域性雷电定位系统，其结构图与布点图如图 3-1、图 3-2 所示。目前，上海有朱泾、南汇、崇明岛、长兴岛、青浦、芦潮港、金山电厂、电试院等 8 个探测站；江苏省有东海、淮阴、盐城、泰州、南通、金坛、徐州、泗洪、六合、高淳、吴江等 11 个探测站；安徽省有合肥、芜湖、蚌埠、淮南、淮北、安庆、黄山、阜阳、滁州、六安、宣城、池州等 12 个探测站；浙江省有湖州、嘉兴
21、、绍兴、宁波、建德、临海、衢州、丽水、温州、金华、龙泉等 11 个探测站；福建有福州、漳平、厦门、南平、莆田、三明、邵武、宁德、蒲美等 9 个探测站。各探测站所测信号分别送各省前置机，再转发定位计算主机，同时通过省际网络送往其他省市的分析主机。各省市分析主机可以利用所有需要的探测站信号进行定位，使得各个地区都具有较高的定位精度。华东电网雷电定位系统的中心站位于华东电力试验研究院,中心站采用了前置机、位置分析仪、服务器、专线终端的冗余结构，各计算机各司其职，同时相互备份雷电参数，可以保证在有些设备故障情况下的雷电数据的11完整。 上 海 市 探 测 站电 力 院 探 测 站 智 能 接 口位 置
22、 分 析 仪华 东 广域 网通 信 前 置 机江 苏 省 前 置 机安 徽 省 前 置 机 浙 江 省 前 置 机数 据 信 息 服 务 器(上 海 ） 上 海 广域 网市 调 终 端网 局 调 度 终 端. 1 2. n上 海 各 供 电 局 、 供 电 所 、超 高 压 终 端院内局网专 线 +网络专 线.专 线. 1 2. n专 线数 据 信 息 服 务 器(华 东 ）专 线 . 1 2. n 1 2. n福 建 省 前 置 机图 3-1 华东电网雷电定位系统结构示意图华东电网雷电定位系统采用时差定位和方向定位相结合的原理，积累了大量雷电数据，特别是 2004 年以后，四省一市形成完整的
23、雷电定位网络，雷电时间、空间数据更加准确、完整，适用于华东地区的落雷密度等雷电参数统计分析。12图 3-2 雷电探测站布点示意图3.2 华东地区雷电分布的一般规律3.2.1 华东地区雷电分布的时间规律雷电分布的数据来自雷电定位系统，而雷电定位系统自身也在不断完善发展中，早期雷电定位系统探测站较少，各省市间没有联网，雷电探测效率相对较低。从 2004 年开始，华东地区雷电定位系统的构架与功能日趋完善，因此以 2004 年2007 年的数据为研究工作的对象，并对其中部分不合理的定位数据进行了删除等预处理。每个自然年度是雷电活动的基本周期，通过对一年内每天华东地区内的落雷数统计，可以对雷电活动有个比
24、较清晰的认识。图 3-3 为整个华东地区 2004 年2007 年分日的雷击次数统计，图 3-4 为华东地区 2004 年2007 年平均分月的雷电数据统计。根据13对雷电定位系统的数据分析和研究，华东地区雷电分布存在一定时间规律，具体为：（1）不同年份雷电数的时间分布都比较相近，雷电发生的高峰期一般为 7、8 月份，并前后延续到 6 月和 9 月；（2）3 月-5 月，一般会有持续时间较短的雷电小高潮的发生。050000100000150000200000250000300000350000系 列 1图 3-3 2004 年-2007 年分日雷击次数统计图 3-4 20042004 年-20
25、07 年平均分月雷击次数统计143.2.2 华东地区雷电分布的空间规律 相关研究表明我国的闪电分布存在普遍规律：（1）中国陆地闪电密度平均值随海陆距离的变化显著。中国陆地闪电密度一般随海陆距离的增加，在 125km 处达到峰值，这是海陆过渡带；海陆距离超过 125km 后，闪电密度平均值逐渐降低；在海陆距离超过2400km 后，闪电密度平均值又有升高。（2）中国陆地闪电密度分布的区域性差异是显著的，在不同的地理环境下闪电密度高值带(中心)与中尺度地形有不同的对应关系。中国东部湿润地区高闪电密度带经常出现在南北或东北西南走向、海拔5001500m 的中尺度山脉和丘陵地区附近，两者水平尺度和走向大
26、体一致，而闪电低密度带则经常出现在山间盆(谷)地和平原区。对照上述规律，从华东雷电定位系统的数据可以看出华东地区的雷电活动除了随机性以外，存在一定的重复性，有部分地区处于较强的雷电活动区域，这为绘制华东电网落雷密度分布图奠定了基础。3.3 小结通过华东电网雷电定位系统数据的总结与相关研究成果的引用，充分说明华东地区雷电活动存在时间与空间的普遍规律，可以通过绘制华东电网落雷密度分布图来反映区域雷电活动的强弱，指导输电线路的规划设计与运行管理。同时，这也从一个侧面说明，雷电定位数据可作为基础数据，适用于华东电网落雷密度分布图的绘制。4 落雷密度分布图的绘制方法4.1 落雷密度分布图的绘制要求落雷密
27、度分布图反映的是一定时空范围内单位面积雷击次数的分布规律，正确合理划分落雷密度分布图需要做到：1）空间上要求区域单元15格式合理，面积大小合适，与地图及雷电定位系统的精度相符合；2）雷电密度的等级划分上，范围涵盖完整能包括所有的雷电密度，界限分明，并具有可操作性；3）时间上尽量反映多年雷电活动的重复性；4）落雷密度图密度分布图层次清晰，可在地图上明确标出，且直观明了便于使用。4.2 落雷密度统计网格尺寸的确定雷电定位系统能够较为精确地测得某个落地雷的具体地理位置、雷击时间、雷电流幅值和极性，避免人为的误判和漏判，统计单位面积年度落雷次数，可计算某一地区的年度落雷密度。鉴于雷电定位系统的数据采用
28、经纬度格式，雷电分布图的单位面积统计单元考虑采用以经纬度来划分网格的方法，首先对华东地区进行网格区域划分，然后对雷电数据库进行查询，得出各网格区域的年度雷电数，除以相应的网格面积，得到年度落雷密度。经纬度网格的面积分别考虑选取 1010km2（经纬度 0.1o0.1o），55km2（经纬度 0.05o0.05o），11km 2（经纬度 0.01o0.01 o）三种基本尺寸，通过实际绘图比较，发现：利用 55km2网格绘制的落雷密度图密度分布图网格大小适中，图片质量相对精细，且可避免雷电定位误差的影响，能够比较直观清晰的反映华东地区的落雷分布，推荐使用该尺寸。4.3 落雷密度的等级划分由于华东地
29、区落雷密度的分散性较大，为了使分级合理，且涵盖完整，对自然分割、线性相关与指数相关等三种分级方法进行了分析比较与优化选择。4.3.1 自然分割法划分自然分割是指根据统计区域内落雷密度的自身分布特点进行相应的划分。该方法的优点为保证每组数据中的数值最为集中，组与组数据之16间的差异最大，划分的等级层次更加分明，在研究分析阶段使用比较合适；缺点为由于这种划分方法将根据统计数据的情况而发生变化，直接用于工程实际非常不方便。4.3.2 线性相关划分 线性相关划分是指，结合传统防雷设计中雷暴日概念，在落雷密度等级的划分上，将其中一个级别和最常使用的 40 雷暴日（即NgT2.8 次/km 2.a）对应，
30、然后通过上述公式反推对应的“折算雷暴日”T d Ng/，将对应雷暴日的分级落雷密度划分如下，如表 4-1 所示。该方法和传统方法有比对，计算简便，但分级较多，用于工程实际存在一定不便。表 4-1 落雷密度和雷暴日线性相关划分方法雷电分级 落雷密度 Ng（次/km 2.a） 线性折算雷暴日 (日/a)I Ng 2.8 0-40 2.8 Ng 4.2 40-60 4.2 Ng 6.3 60-90 6.3 Ng 8.4 90-120 8.4 Ng 10.5 120-150 Ng10.5 1504.3.3 指数相关划分指数相关划分与线性相关划分方法相似，只是选择 IEEE 标准的指数推算公式，进行雷暴
31、日的折算，如式（4-1）所示。Ng 0.04Td1.25 式（4-1）根据上述公式，可以求出雷暴日和对应落雷密度的关系，其 30 雷暴日对应的落雷密度为 2.8 次/km 2.a，与我国电力行业标准的 40 雷暴日对应落雷密度较为相近。表 4-2 雷暴日和落雷密度对应表雷暴日(日/a) 落雷密度（次/km 2.a）10 0.71131220 1.69179430 2.80841740 4.0237871750 5.31829660 6.67957870 8.09902180 9.57023290 11.08825100 12.64911110 14.24954120 15.8868130 17
32、.55857考虑到雷暴日指数相关时落雷密度变动幅度较大，对应等级划分定为 5 级，如表 4-3 所示。该方法和传统方法有比对，分级比较简明，更符合雷电活动的规律。表 4-3 落雷密度和雷暴日指数相关划分方法雷电分级 落雷密度 Ng（次/km 2.a） 指数折算雷暴日 (日/a)I Ng 2.8 0-30 2.8Ng 5.3 30-50 5.3Ng 8.1 50-70 8.1Ng 11.1 70-90 Ng11.1 904.3.4 划分方法的最终选取通过以上 3 种划分方法的比较，本报告采用指数相关的方法进行落雷密度的分级，并对落雷密度各段边界值进行取整以方便使用，具体分级如表 4-4 所示。这
33、主要是考虑到指数分布指数分级更符合雷电活动的自身的规律，以及华东地区的实际情况。表 4-4 推荐的分级区间雷电分级 落雷密度 Ng（次/km 2.a） 等值雷暴日 (日/a)I Ng 3.0 0-30（32） 3.0Ng 5.0 30-50（48） 5.0Ng 8.0 50-70（70） 8.0Ng 11.0 70-90（90） Ng11.0 904.4 落雷密度数据平均值的选用根据落雷密度分布图要求，分布图应该时间上尽量体现区域多年雷电活动的规律性与重复性。雷电活动的基本周期为一年，同时具有一定18的随机性。根据落雷密度分布图要求，分布图应该时间上尽量体现区域多年雷电活动的规律性与重复性。为
34、此，考虑采用多年落雷密度平均值来减少同一地区不同年份的雷电活动会出现强弱波动的不利影响，从而真实地反映雷电活动的地域重复性。图 4-1 2004 年2007 年平均密度（左）和最大密度图（右）图 4-1 为 2004 年2007 年的平均落雷分布密度和最大落雷密度分布图，比较可见：平均密度图密度分布图层次更为分明，实际指导意义更强。19图 4-2 2004 年2007 年平均密度（左）和偏差分布图（右）图 4-2 为华东区域的平均密度和各年密度偏差的对比图，通过分析可以发现：在对于大部分平均密度较高的区域，其偏差是相对较小的，即落雷密度高的区域不同年份的随机性波动相对较小，可信度较高。因此，使
35、用年度落雷密度的平均值作为反映各地区相对雷电活动强弱的指标更为合理、有效。4.5 密度分布图着色雷电分布图以落雷密度网格图叠加在其它地理信息图层的形式实现，不同落雷密度等级以不同颜色表示，具体色标如表 4-5 所示。表 4-5 各分级区间着色方法雷电分级 落雷密度 Ng（次/km2.a）颜色I Ng 3.0 浅蓝 （R=178、G=254、B=252） 3.0Ng 5.0 柠檬黄 （R=255、G=255、B=163） 5.0Ng 8.0 浅绿 （R=153、G=255、B=153） 8.0Ng 11.0 玫瑰红 （R=248、G=158、B=248） Ng11.0 红色 （R=255、G=0
36、、B=0）214.6 华东电网落雷密度分布图（2008 版）综合以上分析，推荐使用 55km2网格、各年落雷密度的平均值、以取整的指数分级为落雷密度等级划分的华东电网落雷密度分布图，如图 4-3 所示。22图 4-3 推荐的华东电网落雷密度分布图（2008 版）235 华东电网落雷密度分布图的比对验证5.1 雷暴日图和落雷密度图密度分布图的比较5.1.1 雷暴日和落雷密度的分布比较按我国电力标准和 IEEE 的标准，雷暴日和落雷密度分别为线性和指数相关，图 51、图 52 分别是指数相关和线性相关分级方式下的落雷密度图密度分布图和雷暴日图。图 51 指数分级落雷密度（左）和雷暴日（右）图 52
37、 线性分级落雷密度（左）和雷暴日（右）24通过比较，可以看出：一方面雷暴日的等级总体比落雷密度要小，另一方面雷暴日的较强区域和落雷密度的较强区域不完全一致。这说明根据我国电力标准和 IEEE 的标准的经验公式来通过雷暴日进行落雷密度估算的误差较大，建议在实际中不再使用雷暴日的概念。5.1.2 雷暴日图和落雷密度图密度分布图的区域比例比较由于传统设计根据雷暴日折算，对应的落雷密度较低。华东区域大部分地区的雷暴日为 40 或以下，浙江和福建的部分地区雷暴日达到5070，每雷暴日的落雷密度 取 0.07，对应的年度落雷密度大部分地区为 2.8（次/km 2.a），部分地区达到 3.54.9（次/km
38、 2.a）。图 5-3 全国 53 年(19542006)平均雷暴日数分布图图 5-3 为气象部门统计的全国雷暴日数分布图。而根据华东电网落雷密度图密度分布图的统计，大部分地区的落雷密度都在 3.0（次/km2.a）以上。表 5-1 中对依据 2 种方法的各落雷密度分级对应区域面积比例进行了比对，可以看出：按雷电定位系统的记录，华东地区的落雷密度比传统由气象雷暴日估算的落雷密度普遍要大，有必要根据实际落雷密度，加强雷害较严重的地区的防雷措施。25表 5-1 华东地区不同落雷密度区域的比例雷电密度等级（次/km 2.a）依据气象雷暴日的区域面积占比依据雷电密度图密度分布图的区域面积占比0-3 7
39、0% 23-5 30% 185-8 0 448-11 0 2711 以上 0 95.1.3 两种雷电参数和实际运行数据的关系由于雷暴日和落雷密度差异较大，进一步分析实际跳闸点和两种参数分布图的对应关系。同样以 2006 年华东电网落雷统计为例，图 5-4 为落雷密度分布和当年 500kV 线路雷击跳闸点（图中绿色圆点）的对应关系，图 5-5 为雷暴日分布和当年 500kV 线路跳闸的对应关系。可以看出：当年的线路雷击跳闸点主要集中在落雷密度大的区域，而和雷暴日分布没有较强的相关性。这也进一步说明，相对于雷暴日，雷电密度统计是更符合运行实际的。26图 5-4 2006 年浙江地区落雷密度和线路跳
40、闸点的对应关系27图 5-5 2006 年浙江地区雷暴日分布和 500kV 线路跳闸点的对应关系由于雷暴日的精确度比落雷密度的精确度低很多，而且和实际运行数据没有对应关系，建议在防雷设计和运行管理中不再继续使用“雷暴日”概念及数据。5.2 重点区域雷电流概率分析除了落雷密度外，雷电流幅值也是雷电的重要参数之一，这是因为幅值不同的雷电发生反击、绕击的概率不同，对电网的影响也不同。一般来说，幅值较大的雷电落到线路上才会引起雷电反击跳闸，而幅值较小并在一定范围内的雷电才有可能绕击到线路上并使发生雷电绕击跳闸。雷电定位系统中可以测试出每次雷电流的幅值和极性，下面选择 2 块典型区域进行分析，2 块区域
41、的大小约 5050km2，区域 A 的范围为经度121 o121.5 o，纬度 28.7 o 529.25 o，区域 B 的范围为经度 119.75 o120.25 o，纬度 28.0 o28.5 o。其中 A 区域对应的落雷密度较大，B区域对应的落雷密度稍低，2 块区域都有一定数量的 500kV 线路跳闸，具体位置如图 5-6 所示。图 5-6 雷电流概率统计区间（上侧为 A 区域，下侧为 B 区域）28图 5-7 雷电流幅值概率统计（上侧为 A 区域，下侧为 B 区域）通过对雷电定位系统记录的上述 2 块区域全部雷电流数据的统计分析，做出了雷电流概率分布曲线，并进行了拟合，统计结果如图 5
42、-7 所29示，从图中可以看出 2 个区域的雷电流分布基本上符合指数型概率分布，但其对应的概率分布曲线和标准中的曲线有一定差异，测量得到的雷电流幅值比按标准推算的值偏小。同时两条曲线也存在一定的不同，落雷密度较强的 A 区域对应的雷电流幅值偏大。通过雷电流概率分布分析并和传统计算方法比对，证明雷电定位系统数据具有很强的参考性，特别在不同区域内落雷的雷电流相对大小的分析比对上是有效的。然而，考虑目到前雷电定位系统的雷电流测量还没有经过严格的校验和比对，其结果还不适合直接作为设计依据。5.3 2 落雷密度图密度分布图和线路跳闸点地理位置的比对为了进一步确认落雷密度图密度分布图的实际指导意义，将浙江
43、省2001 年2007 年 500kV 的雷击跳闸点和绘制的落雷密度图密度分布图叠加，参见图 5-86，可以看出大部分雷击跳闸点都位于落雷密度最强（级）和次强（级）的区域，这说明该落雷密度图密度分布图是符合生产实际的。30图 5-86 落雷密度图密度分布图浙江部分和近年落雷点的对应关系5.4 3 落雷密度图密度分布图和线路跳闸率的关系根据现有的线路防雷设计，华东大部分地区的雷暴日为 40，对应的年平均落雷密度约 2.8 次/km 2.a，按此设计常规线路的跳闸率应控制在0.14 次/100km.a 以下，通常在 0.100.12 的水平，而华东 2004 年到2007 年实际平均跳闸率达到了 0.25 次/100km.a。根据华东电网落雷密度分布图的统计结果，华东地区的平均落雷密度约 7.4 次/km 2.a，根据该数据估算，得出华东地区的线路跳闸率约在 0.260.32 次/100km.a，这和实际平均跳闸率 0.25 次/100km.a 是比较接近的，这也进一步验证了华东电网落雷密度分布图的正确性。另外，对各省的平均落雷密度和线路跳闸率进行了比较（考虑到上海面积较小，且有较大面积的强落雷区域位于无 500kV 线路的长江口地区，没有列入比较）。从图 5-97 中可以看出各省的平均落雷密度和平均
