關(guān)于雷電定位系統的原理與應用研究
1、研究背景
湖南是一個(gè)多雷省份，通常年雷暴日數在50d以上，雷擊是線(xiàn)路故障的主要原因。出于安全生產(chǎn)的需要，多年來(lái)對雷電參數的觀(guān)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(guān)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(zhù)電力工業(yè)的大發(fā)展，投運的高壓線(xiàn)路迅速增長(cháng)，線(xiàn)路雷擊事故增多 ，故障點(diǎn)的查找工作量很大，以致線(xiàn)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(xiàn)路的其它事故無(wú)根據地歸結于雷擊。在這種形勢下，鑒別線(xiàn)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(kāi)發(fā)湖南的雷電定位?系統。
經(jīng)過(guò)5a調查研究，開(kāi)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，以它的良好定位精度，從1996年開(kāi)始，在指導全省5000多km220kv及以上超高壓線(xiàn)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)系統為背景，介紹雷電定位系統的構成、特性、應用，以及今后推廣中的一些問(wèn)題。
2、雷擊故障定位的原理
雷電放電會(huì )產(chǎn)生光、聲音和電磁波�，F在實(shí)用化的雷擊故障定位大都測定放電輻射的電磁波。為此必須建立相應的輻射電磁場(chǎng)計算模型，區分云內放電與對地落雷，采用精確的雷擊點(diǎn)的定位交會(huì )方法。
1.1 回擊輻射電磁場(chǎng)計算模型
大量實(shí)際觀(guān)測弄清了對地落雷的形態(tài)[2]。落雷通常開(kāi)始于雷云中高靜電區的放電，然后從云向地面以先導形式向下進(jìn)展，先導到達地面或高聳物體后，沿著(zhù)先導路徑向上產(chǎn)生回擊。盡管先導發(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是幾乎垂直于地面的。落雷回擊電流為幅值大、起始部分陡峭的大電流脈沖，并以近似于光速沿著(zhù)先導放電路徑從大地向云中發(fā)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(diǎn)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)強度e(r,φ，θ，t)和b(r,φ，θ，t)。
圖1 回擊的電磁場(chǎng)計算模型
1.2 對地落雷波形判據
云內放電同樣輻射電磁波，因此區分對地落雷或云內閃電是極為重要的。大量實(shí)測表明，對地落雷與云內閃電的典型波形如圖2所示。
現在實(shí)用化的雷電定位系統都采用6個(gè)波形特征條件鑒別對地落雷。湖南系統采用的判據值?如下：
閥值電壓：100mv 預脈沖ptk/up≤0.25
上升時(shí)間t1≤20μs 次 峰up2≤1.20
持續時(shí)間t2≥40μs 過(guò) 沖up3/up≤1.30
圖2 典型云閃波形
1.3 雷擊點(diǎn)定位的交會(huì )方法
雷擊點(diǎn)的位置是一個(gè)關(guān)鍵參數�，F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(chǎng)天線(xiàn)同時(shí)測定落雷點(diǎn)與探測站連線(xiàn)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(huì )確定落雷點(diǎn)。由于利用磁場(chǎng)天線(xiàn)，往往叫磁場(chǎng)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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