關(guān)于雷電定位系統(tǒng)的原理與應(yīng)用研究

　　1、研究背景

　　湖南是一個(gè)多雷省份，通常年雷暴日數(shù)在50d以上，雷擊是線路故障的主要原因。出于安全生產(chǎn)的需要，多年來對雷電參數(shù)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(jié)果遠(yuǎn)比原規(guī)程r=0.015大3倍，與1997年新修訂的規(guī)程r=0.07很接近。90年代，隨著電力工業(yè)的大發(fā)展，投運(yùn)的高壓線路迅速增長，線路雷擊事故增多　，故障點(diǎn)的查找工作量很大，以致線路雷擊故障查找率對于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(jù)地歸結(jié)于雷擊。在這種形勢下，鑒別線路是否落雷以及精確確定落雷桿號就顯得很迫切。正是基于這一生產(chǎn)需要，1993年提出開發(fā)湖南的雷電定位?系統(tǒng)。

　　經(jīng)過5a調(diào)查研究，開發(fā)了全部硬件和軟件，建成了包含9個(gè)探測站覆蓋全省的湖南雷電定位系統(tǒng)，以它的良好定位精度，從1996年開始，在指導(dǎo)全省5000多km220kv及以上超高壓線路的雷擊故障點(diǎn)查找上，發(fā)揮了重要作用。

　　本文以這個(gè)系統(tǒng)為背景，介紹雷電定位系統(tǒng)的構(gòu)成、特性、應(yīng)用，以及今后推廣中的一些問題。

　　2、雷擊故障定位的原理

　　雷電放電會產(chǎn)生光、聲音和電磁波�，F(xiàn)在實(shí)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(yīng)的輻射電磁場計(jì)算模型，區(qū)分云內(nèi)放電與對地落雷，采用精確的雷擊點(diǎn)的定位交會方法。

　　1.1　回?fù)糨椛潆姶艌鲇?jì)算模型

　　大量實(shí)際觀測弄清了對地落雷的形態(tài)[2]。落雷通常開始于雷云中高靜電區(qū)的放電，然后從云向地面以先導(dǎo)形式向下進(jìn)展，先導(dǎo)到達(dá)地面或高聳物體后，沿著先導(dǎo)路徑向上產(chǎn)生回?fù)�。盡管先導(dǎo)發(fā)展具有隨意性，但在接近地面時(shí)，其通道在幾百米的范圍內(nèi)是幾乎垂直于地面的。落雷回?fù)綦娏鳛榉�值大、起始部分陡峭的大電流脈沖，并以近似于光速沿著先導(dǎo)放電路徑從大地向云中發(fā)展，輻射出很強(qiáng)的電磁波。利用圖1的計(jì)算模型可以確定回?fù)綦娏髟诘孛嫔先我稽c(diǎn)產(chǎn)生的電磁場強(qiáng)度e(r,φ，θ，t)和b(r,φ，θ，t)。

　　圖1　回?fù)舻碾姶艌鲇?jì)算模型

　　1.2　對地落雷波形判據(jù)

　　云內(nèi)放電同樣輻射電磁波，因此區(qū)分對地落雷或云內(nèi)閃電是極為重要的。大量實(shí)測表明，對地落雷與云內(nèi)閃電的典型波形如圖2所示。

　　現(xiàn)在實(shí)用化的雷電定位系統(tǒng)都采用6個(gè)波形特征條件鑒別對地落雷。湖南系統(tǒng)采用的判據(jù)值?如下：

　　閥值電壓：100mv　　預(yù)脈沖ptk/up≤0.25

　　上升時(shí)間t1≤20μs　　次　峰up2≤1.20

　　持續(xù)時(shí)間t2≥40μs　　過　沖up3/up≤1.30

　　圖2　典型云閃波形

　　1.3　雷擊點(diǎn)定位的交會方法

　　雷擊點(diǎn)的位置是一個(gè)關(guān)鍵參數(shù)�，F(xiàn)有確定落雷地點(diǎn)有2種方法：定向定位(df)和時(shí)差定位(toa)。近幾年發(fā)展了綜合利用df和toa的復(fù)合定位方法。

　　1.3.1　定向定位

　　定向定位要利用2個(gè)及以上探測站——正交環(huán)形磁場天線同時(shí)測定落雷點(diǎn)與探測站連線的方位角。2個(gè)探測站獲得2個(gè)方位角在球面用三角交會確定落雷點(diǎn)。由于利用磁場天線，往往叫磁場定向定位(mdf)。為提高定位精度，采用了3個(gè)以上探測站和優(yōu)化算法

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