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
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