關於雷電定位系統的原理與應用研究大綱

雷電定位系統的原理與應用研究如下文

湖南是一個多雷省份，通常年雷暴日數在50d以上，雷擊是線路故障的主要原因。出於安全生產的需要，多年來對雷電引數的觀測，尤其80年代對地落雷密度測量，做了大量工作，得出湖南對地落雷密度[1]r=0.063次/km2。這一觀測結果遠比原規程r=0.015大3倍，與1997年新修訂的規程r=0.07很接近。90年代，隨著電力工業的大發展，投運的高壓線路迅速增長，線路雷擊事故增多　，故障點的查詢工作量很大，以致線路雷擊故障查詢率對於110～220kv等級只有50左右。另一方面，是把線路的其它事故無根據地歸結於雷擊。在這種形勢下，鑑別線路是否落雷以及精確確定落雷杆號就顯得很迫切。正是基於這一生產需要，1993年提出開發湖南的雷電定位系統。

經過5a調查研究，開發了全部硬體和軟體，建成了包含9個探測站覆蓋全省的湖南雷電定位系統，以它的良好定位精度，從1996年開始，在指導全省5000多km220kv及以上超高壓線路的雷擊故障點查詢上，發揮了重要作用。

本文以這個系統為背景，介紹雷電定位系統的構成、特性、應用，以及今後推廣中的一些問題。

1　雷擊故障定位的原理

雷電放電會產生光、聲音和電磁波。現在實用化的雷擊故障定位大都測定放電輻射的電磁波。為此必須建立相應的輻射電磁場計算模型，區分雲內放電與對地落雷，採用精確的雷擊點的定位交會方法。

1.1　回擊輻射電磁場計算模型

大量實際觀測弄清了對地落雷的形態[2]。落雷通常開始於雷雲中高靜電區的放電，然後從雲向地面以先導形式向下進展，先導到達地面或高聳物體後，沿著先導路徑向上產生回擊。儘管先導發展具有隨意性，但在接近地面時，其通道在幾百米的範圍內是幾乎垂直於地面的。落雷回擊電流為幅值大、起始部分陡峭的大電流脈衝，並以近似於光速沿著先導放電路徑從大地向雲中發展，輻射出很強的電磁波。利用圖1的計算模型可以確定回擊電流在地面上任一點產生的電磁場強度e(r,φ，θ，t)和b(r,φ，θ，t)。

圖1　回擊的電磁場計算模型

1.2　對地落雷波形判據

雲內放電同樣輻射電磁波，因此區分對地落雷或雲內閃電是極為重要的。大量實測表明，對地落雷與雲內閃電的典型波形如圖2所示。

現在實用化的雷電定位系統都採用6個波形特徵條件鑑別對地落雷。湖南系統採用的判據值如下：

閥值電壓：100mv

預脈衝ptk/up≤0.25

上升時間t1≤20μs

次　峰up2≤1.20

持續時間t2≥40μs

過　衝up3/up≤1.30

圖2　典型雲閃波形

1.3　雷擊點定位的交會方法

雷擊點的位置是一個關鍵引數。現有確定落雷地點有2種方法：定向定位(df)和時差定位(toa)。近幾年發展了綜合利用df和toa的複合定位方法。

1.3.1　定向定位

定向定位要利用2個及以上探測站——正交環形磁場天線同時測定落雷點與探測站連線的方位角。2個探測站獲得2個方位角在球面用三角交會確定落雷點。由於利用磁場天線，往往叫磁場定向定位(mdf)。為提高定位精度，採用了3個以上探測站和優化演算法

上文即是雷電定位系統的原理與應用研