雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征
基于雷电监测数据的雷电流幅值累积概率分布特征
基于雷电监测数据的雷电流幅值累积概率分布特征
朱 海 燕１，刘 海 兵２，张 新 兴２
１．上饶县气象局，江西 上饶 ３３４１００ ２．上饶市气象局，江西 上饶 ３３４０００
摘 要：利用江西省２００６—２０１５年闪电定位系统监测资料，通过数 理 统 计、回 归 分 析 等 方 法，分 析 江 西 省 雷 电 流 幅 值 概 率 以
累 积 概 率 分 布 公 式 ，对 解 决 电 力 系 统 中 由 于 雷 电 流 幅 值 造 成 的 雷 击 输 电 线 路 故 障 并 采 取 有 效 的 解 决 方 案 具 有 一 定 参 考 价 值 。
关 键 词 ：雷 电 流 幅 值 ，极 性 ，累 积 概 率 ，拟 合 公 式
中 图 分 类 号 ：Ｐ４２７．３２
Ｚｈｕ Ｈａｉｙａｎ１，Ｌｉｕ Ｈａｉｂｉｎｇ２，ＺｈａｎｇＸｉｎｘｉｎｇ２
１．犛犺犪狀犵狉犪狅犆狅狌狀狋狔 犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犛犲狉狏犻犮犲，犛犺犪狀犵狉犪狅３３４１００，犆犺犻狀犪 ２．犛犺犪狀犵狉犪狅 犕犲狋犲狅狉狅犾狅犵犻犮犪犾犅狌狉犲犪狌，犛犺犪狀犵狉犪狅３３４０００，犆犺犻狀犪
文 献 标 识 码 ：Ａ
文 章 编 号 ：１００７９０３３（２０１８）０３０２１９０７
犱狅犻：１０．１２０１３／ｑｘｙｊｚｙｊ２０１８０３１
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犃犫狊狋狉犪犮狋：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅ２００６ｔｏ２０１５ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｏｓｉｔｉｏｎｓｙｓｔｅｍｉｎＪｉａｎｇｘｉ，ｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙａｎｄｄｉｓ ｔｒｉｂｕｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＬｉｇｈｔｎｉｎｇＣｕｒｒｅｎｔＡｍｐｌｉｔｕｄｅｓ（ＬＣＡ）ｗｅｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ｒｅｇｒｅｓｓｉｏｎ ａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｏｔｈｅｒｍｅｔｈｏｄｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｆｉｔｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａｏｆｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅ ｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙｏｆＬＣＡ ｗａｓｏｂｔａｉｎｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｄａｔａｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇ，ｗｈｉｃｈｐａｒｔｌｙｒｅｆｌｅｃｔｅｄｔｈｅｖａｒｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｎＪｉａｎｇｘｉ．Ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｃｕｒｖｅｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｌｉｇｈｔｎｉｎｇｗａｓｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｆｉｔｔｅｄｃｕｒｖｅ， ａｎｄｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｄｃｕｒｖｅｏｆｔｏｔａｌｌｉｇｈｔｎｉｎｇｗａｓｂａｓｉｃａｌｌｙｃｏｎｓｉｓｔｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｆｉｔｔｅｄｃｕｒｖｅ，ｔｈｅｆｉｔｔｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｗｈｉｃｈｗａｓｓｌｉｇｈｔｌｙ ｗｏｒｓｅｔｈａｎｔｈａｔｏｆｎｅｇａｔｉｖｅｌｉｇｈｔｎｉｎｇ．Ｔｈｅｓｔｕｄｙｃａｎｐｒｏｖｉｄｅｃｅｒｔａｉｎｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓｔｏｓｏｌｖｅｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｍａｌｆｕｎｃｔｉｏｎｏｗｉｎｇｔｏ ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｓｔｒｉｋｅｉｎｔｈｅｐｏｗｅｒｓｙｓｔｅｍ． 犓犲狔狑狅狉犱狊：ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｃｕｒｒｅｎｔａｍｐｌｉｔｕｄｅｓ；ｐｏｌａｒｉｔｙ；ｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｐｒｏｂａｂｉｌｉｔｙ；ｆｉｔｔｉｎｇｆｏｒｍｕｌａ
上海地区雷电流幅值分布特征分析
上海地区雷电流幅值分布特征分析司文荣;张锦秀;顾承昱;郑旭【摘要】雷电流幅值及其特性是雷电科学研究以及输电线路防雷设计的重要基础数据.利用雷电定位系统监测获取的上海地区2001-2010年地闪落雷电流幅值数据,统计分析了上海市整体区域以及崇明县(含长兴),宝山区、嘉定区、浦东新区、市区、青浦区、闵行区、南汇区、松江区、奉贤区和金山区共11个子区域的正极性、负极性及综合雷电流幅值的累积概率分布和均值分布变化规律.在此基础上,给出了上海市整体区域以及各子区域2001-2010年落雷电流的幅值概率密度计算公式,为上海地区输电线路防雷差异化设计、改造和评估提供科学依据.【期刊名称】《电力与能源》【年(卷),期】2012(033)002【总页数】4页(P116-119)【关键词】上海地区;雷电流幅值;空间分布;累积概率;概率密度【作者】司文荣;张锦秀;顾承昱;郑旭【作者单位】上海市电力公司电力科学研究院,上海 200437;上海市电力公司,上海200122;上海市电力公司电力科学研究院,上海 200437;上海市电力公司电力科学研究院,上海 200437【正文语种】中文【中图分类】TM8620 引言目前开展的实际雷电活动下的线路雷击跳闸率计算，以雷电日和落雷密度为参数的输电线路雷击跳闸率计算的对比分析以及基于雷电定位系统的雷电流幅值统计分析等［1］，其主题就是欲根据不同地区实际的落雷分布情况以及参数特征，寻找方法和途径，对输电线路防雷设计起指导作用［2］。
但是，大多数的研究结果，只依据了几年的累积数据，要得出可信度较高的雷电参数统计数据一般需要10年的数据积累。
因为雷电活动与太阳黑子有关，太阳黑子的活动周期约为10年。
此外，雷电流幅值概率作为雷击闪络计算的参数之一去取值，其精确性直接关系到雷击闪络率的计算精确性［3］。
因此，找出相对精确的雷电流幅值概率计算公式十分必要。
我国大多数省市目前均已建立雷电定位系统，并且积累了多年的数据，在确定雷击故障点的位置方面发挥了很好的作用，受到运行调度和安监等部门的欢迎。
上海地区雷电流幅值分布特征分析
２０２ ） ０ １ ２
摘 要 ： 电 流 幅 值 及 其 特 性 是 雷 电 科 学 研 究 以 及 输 电线 路 防 雷设 计 的重 要 基 础 数 据 。利 用 雷 电定 位 系 统 监 雷
测 获取的上海地 区 ２０－２１ ０ １ ０ ０年 地 闪 落 雷 电 流 幅 值 数 据 ， 计 分 析 了上 海 市 整 体 区 域 以及 崇 明县 （ 长 兴 ） 第 ３ 卷第 ２ ３ 期
２］ ０ ２年 ４月
上 海 地 区雷 电流 幅 值 分布 特 征 分 析
司 文 荣 张 锦 秀 顾 承 昱 ， ， 郑 旭
，
（． 海 市 电力 公 司 电 力 科 学 研 究 院 ， 海 ２ ０ ３ ２ 上 海 市 电力 公 司 ， 海 １上 上 ０ ４ ７； ． 上
宝山 区、 定 区、 东新 区、 区 、 浦 区 、 行区 、 汇区 、 江 区、 贤区和金 山区共 ｌ 个 子 区域的正 极性 、 嘉 浦 市 青 闵 南 松 奉 １ 负 极 性 及 综 合 雷 电 流 幅 值 的 累积 概 率 分 布 和均 值 分 布 变 化 规 律 。 在 此 基 础 上 ， 出 了上 海 市 整 体 区 域 以 及 各 给 子区域 ２０－ ２１ ０ １ ０ ０年 落 雷 电 流 的 幅 值 概 率 密 度 计 算 公 式 ， 上 海 地 区输 电 线 路 防 雷 差 异 化 设 计 、 造 和评 估 为 改
Ｓ ｅ ｒ ｎ ，Ｚｈ ｎ ｉ ｘｉ ，Ｇｕ Ｃｈ ｎ ｙ ，Ｚ ｅ ｇ Ｘ“ ｉＷ ｎ ｏ ｇ ａ ｇＪ ｎ ｕ ｅｇ ｕ ｈｎ
（ Ｅｌ ｃ ｒｃＰｏ ｅ ｅ ｅ ｒ ｈ Ｉ ｔｔ ｅ ＳＭ ＥＰＣ ， １． ｅ ｔ ｉ ｗ ｒＲ ｓ ａ ｃ ｎｓ ｉｕｔ ． Ｓｈａ ｈａ ００ ７， ｎｇ ｉ２ ４３ Ｃｈｉ ｎａ； ２ ．Ｓｈ ｎｇｈａ ｕｎｉｉ ｌＥｌｃ ｒｃ ｌＰｏ ｅ ａ ｉＭ ｃｐａ ｅ ｔｉ ａ ｗ ｒＣｏｍ ｐ ｙ， ａｎ Ｓｈａ ｈａ ０１ ｎｇ ｉ２０ ２２， Ｃｈｉ ） ｎａ Ａｂ ｔａｃ ｓ ｒ ｔ：Ｌｉ ｎｉ ｕｒ ｅ ｍ ｐｌｔ ｄｅ ｎ ｔ ｅ ｔ ｒ ｓ ａ ｅ ａ ｍ ｐ ｔ ｎ ｓｓ ｆ ｉｈｔ ｎｇ ｓ ｉｎｔｆｃ ｒ ｓ ａ ｃ ｇｈｔ ｎｇ ｃ ｒ ｎｔａ ｉｕ ａ ｄ ｉｓ ｆ ａ ｕ ｅ ｒ ｎ ｉ ｏｒ ａ ｔ ｂａ ｉ ｏｒ ｌｇ ｎｉ ｃｅ ｉｉ ｅ ｅ ｒ ｈ ａ ｓｇｎ ｏ ｉ ｎｉｇ ｏ ｅ ｔｏｎ ｆ ｒ ｅｅ ｔ ｉ ｒ ｓ ｉｓｏｎ ｌ ． Ｔｈｅ ｍ ｅ ｎ ａ ｐｌｔ ｅ ｄｉｔ ｉ ｉ ｄ ｃ ｎｄ ｄｅ ｉ ｆｌｇｈｔ ｎ ｐｒ ｔ ｃ ｉ ｏ ｌｃ ｒｃ ｔａｎ ｍ ｓ ｉ ｉ ｎｅ ａ ｍ ｉｕｄ ｓ ｒｂｕｔｏｎ ａｎ ｕｍ ｕｌ— ａ ｔｖ ｏ ｂｉｉｙ ｄｉｔ ｉ ｔｏ ｆ ｐ ｉｉ ｎｄ ｎ ｇａ ｉ ｅ ｆａ ｈ ｎ Ｓｈａ ｇｈａ ｒ ａ ａ ｔ ｕｂ ａｄ ｉ ｓ ｒ ｔｖ ｅ ｏ ｉｅ ｐｒ ｂａ ｌｔ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎｓ ｏ ｏｓｔｖｅ ａ ｅ ｔｖ ｌ ｓ ｉ ｎ ｉａ ｅ ｎｄ ｉｓ ｓ ｍ ｎｉｔａ ｉ ｅ ｒ ｇｉｎｓ
阜阳地区雷电流幅值累积概率计算公式
概率的实测值和计算值的关系。徐鸣一等[5]通过分析江苏 地区的闪电定位数据得出雷电流分布概率计算公式。李家 启等[6]通过分析重庆地区的闪电定位数据得出雷电流分布 概率计算公式。目前，我国防雷计算中的雷电流幅值概率公 式主要采用的是电力行业规程《交流电气装置的过电压保 护和绝缘配合》中的表达式lgP 1=-I /88[7-9]，而国际上也有很 多种雷电流幅值累积概率公式并且都类似，所以本文将对 上述几种雷电流幅值概率公式的表达式进行比较分析，利 用阜阳市现有资料，推导出具体的更为精确的阜阳市雷电 流幅值累积概率计算公式。
摘 要：本文对2010—2016年安徽省ADTD型闪电监测定位仪系统监测到的阜阳市地闪资料进行详细的分析和统计，得
到阜阳地区雷电流幅值的分布特征。将现有各雷电流幅值累积概率公式所拟合的曲线与雷电流幅值实测值所绘制的累积
概率曲线进行对比，并用图例给出误差大小的直观比较，最后根据分析结果给出更为精确的符合阜阳市特征的雷电流幅
工程技术 雷电流极性 正闪 负闪
正闪 负闪
科技创新导报 2019 NO.27
Science and Technology Innovation Herald
表1 雷电流主要分布特征
平均雷电流/kA
最大雷电流/kA
频数比例/%
67.5
731.9
4.64Biblioteka .1925.495.4
参数a 47.34 34.73
科技创新导报 2019 NO.27 Science and Technology Innovation Herald
DOI：10.16660/ki.1674-098X.2019.27.058
工程技术
阜阳地区雷电流幅值累积概率计算公式①
延安地区雷电流幅值累积概率分布特征及计算公式
361
次•为了进 研究
电流幅值累积概率的
布，
电流幅值累积概率相 ：
的计算公式,文中将规程法及国外学者提出的研
究方 别进 比较 ，在此基础上推导出延
相
的 电流幅值累积概 计算公式,
从而为
的雷电防护提供重要的
.
2延安地区雷电流幅值累积概率分析
2.1雷电流幅值分布特征 2.1.1雷电流极性分布特征
表1给出了 2009—2012年延安地区闪电的年 •从中可以看出云地闪中的绝大 为负
电时间、
（经纬度）、
* 个主要参数［15 -
（正、负闪电）和电流强度幅值等4
文统计分析了 2009—2012年陕西延安地区的雷电监测资料.这
期间延
共发生闪电127 190次，其中正闪4 656次，负闪122 534
初玄饺疼学报(自然科学版),2019,11( 3)： 360-366
Journal of Nanjing Universim of Information Science and Technomgy# Nature- Science EdaWn) ,2019,11(3) ：360-366
次
正闪
4 656
闪
122 534
比/%
3.66 96.34
电流
度/kA66.18源自39.432. 1. 2 雷电流幅值的频次分布特征
根据闪电 监测资料,2009—2012年延 ,
区共发生127 190次闪电.在4 656次正闪中,最大雷
电流幅值为454. 8 kA，雷电流幅值主要分布 为
20-70 kA，如图la所示，该幅值
闪，占闪电总数的96.34%,正闪 3.66%；正闪的 电流幅值为66.18 kA, 大 闪的 '
闪电定位数据在雷电灾害调查中的应用
闪电定位数据在雷电灾害调查中的应用陈星宇;马端良【摘要】该文利用闪电定位数据,按照《雷电灾害调查技术规范》（ Q X /T 103 - 2009）要求,通过实例,从落雷点与事故点的水平距离、雷电流电磁辐射的影响距离、落雷和事故发生的时间等3个主要方面来开展雷电灾害调查工作,分析判断灾害成因.【期刊名称】《中低纬山地气象》【年(卷),期】2018(042)001【总页数】3页(P70-72)【关键词】闪电定位;雷电;雷电灾害【作者】陈星宇;马端良【作者单位】山东省烟台经济技术开发区气象局,山东烟台264006;山东省烟台经济技术开发区气象局,山东烟台264006【正文语种】中文【中图分类】P427.321 引言雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的影响人类活动的严重灾害之一[1]。
做好雷电灾害的调查分析能为雷电的防御方法提供科学证据，指导科学防御雷电实践论证。
此外，雷电灾害调查还涉及保险公司与参保单位的理赔事宜。
全面科学的雷电灾害调查既是防灾减灾的基础工作，也是经济社会发展的迫切需要。
应用闪电定位数据可以确定雷电发生的时间、位置、强度、极性等。
结合雷电灾害调查中剩磁法的使用，可以帮助判断灾害是否由雷电造成的。
剩磁法是判断是否有直接雷击比较实用的方法，但在实际中由于雷击点的位置不容易确定，剩磁在一段时间过后会消失的原因，剩磁法的实用范围受到很大限制，所以两者结合才能发挥最佳效果。
《雷电灾害调查技术规范》(QX/T103-2009)中对雷电灾害调查的内容进行了说明，包含对气象因素、环境因素、历史因素、防雷装置及设备因素、雷电灾害事故现场因素的调查[2]，但未对如何应用闪电数据进行雷灾判断做详尽的描述。
国内和国际上利用闪电定位进行雷电灾害调查的案例不多，尤其在确定雷击点与灾害地的距离和确定哪次雷击是灾害的主因上的研究更少。
2 资料与方法本文闪电定位数据来源于山东省气象局，山东省气象部门自2006年下半年建设了13部闪电定位仪，探测范围覆盖山东全省和周边省份2/3区域。
重庆市雷电活动参数统计分析
(3)
3）CIGRE 则推荐公式[4]：
P 1 I 1 ( )2.7 12
(4)
其中 P 表示为雷电流幅值超过 I(kA)的概率。公式中 3、4 分别表示雷电流电流中值为 31kA 和 12kA。 上述三种雷电流幅值计算公式在计算雷电流幅值概率分布时计算值有明显区别。 为得到 符合重庆市雷电流幅值分布规律的计算公式，采用重庆市该年雷电定位数据，分析重庆市雷电流 幅值分布规律。
重庆市雷电活动参数统计分析
李永福，袁 涛，司马文霞，杨 庆，骆 玲，杨 鸣 (重庆大学电气工程学院，重庆市，400030)
摘要： 雷电参数是输电线路防雷的基础， 本文采用重庆市某年雷电定位数据分析研究了市内雷电活动参数。
研究发现，雷电定位系统实测的地闪密度与雷电流幅值累计概率分布较规程法推荐公式计算值均有明显的 差异：重庆市内雷电活动区域差异性较大，不同地区地闪密度差值近一个数量级；实测雷电流幅值累计概 率分布规律与 IEEE 公式类似，并采用 IEEE 公式形式对市内该年的雷电数据进行了拟合，得到了适合重庆 市输电线路防雷雷电流幅值累计概率分布公式。
联系电话：023-65111172-8212，E-mail：yangqing@ 司马文霞 (1965-)，女，博士，教授，博导,毕业学校重庆大学，工作单位重庆大学，从事高电压输变电技术、外绝缘技术及电力 系统过电压研究。 联系电话：023-65111172-8228，E-mail：cqsmwx@
1.0
0.8
概率 规程概率 IEEE公式 CIGRE公式
0.6
概率(%)
0.4
0.2
0.0 0 50 100 150 200
雷电流幅值(kA)
莆田市雷电流幅值分析
点形成 了一个椭 圆形 分布 ， 这其 中闪 电分布 最密集 的在莆 田地 区 的西南 部 。 形成 这种椭 圆形 分布 的原
因可能就 是和莆 田地 区三 面环 山的地貌有关 ， 从海 面上过来 的暖湿气流遇 山形成 降水 、 电。山 的迎 闪 风 坡一面往 往 比背风坡 一面 闪电要 多很多 。
福 建 气 象
第 ３期
２０ ０ ５年 国 际 Ｉ Ｅ Ｅ Ｅ工 作 组 和 Ｃ Ｇ Ｒ推 荐 使 ＩＥ 用 的雷 电流幅值 累积 概率 表达 式 ［］ 别 为 ２分
采用 （） 和 （） 对 负 闪进 行 拟合 ， 别得 １式 ２式 分
到 （） （） ５ 、６ 。从 图 ６ ｂ可 以看 出， 照 Ｉ Ｅ 按 Ｅ Ｅ推 荐 公
＼ ＼ ｜、 旦
｜ｔ
ｆ ｌ
ｔ １ ｛ ． ２
上 图 中可 以很 明显 的看 出来 ， 个 ６月 、 整 ７月初 莆
田地 区 的闪 电幅 值变 化 大 ， 年 中的最 大 值 和最 全 小值 均 出现在 这 个 时 间段 ， 这 段 时 间 内 的闪 电 且 电流 的平 均幅 值 也 是全 年 最大 的 ， 是 这 个 时 间 但 段 内的闪 电频 次却 较少 。而 闪 电频 次 最大 的 ７ ８ ，
醉
酶 望 ．
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Ｌ ２
幅值 统计特 征 。 Ｐ （Ｉ ＝ ／ １ ＋＞Ｐ ｌ［＋ ） … … … （） ３
云南电网雷电定位监测系统的试运行分析
图 %! 雷电小时月分布情况
!$ ,& 雷电活动分地区统计 平均雷电流较大的是在大理地区，雷电小时较 多的是曲靖和思茅地区，雷电日较多的是曲靖和西 双版纳地区，雷电总数较多的是曲靖地区，平均落 雷密度较大的是曲靖、昭通和昆明地区。 %’ (! 对落雷密度和雷电流幅值分布的讨论 !$ "$ -& 落雷密度 雷电日取值为 "# 天时，计算得到云南省 %++" 年的平 均落雷密度为 +$ +%!( 个 . 平 方公里 $ 雷电 日。在行业标准 /0 . 1 #%+ 2 -))’ 《 交流电气装置 的过电压保护和绝缘配合》 附录 3 中，对雷电日 为 ,+ 的地区，地面落雷密度取值为 +$ +’ 。行业标 准的取值 # 法与国际上推荐采用的计算落雷密度的
!
第 "# 卷 $%%& 年 ’$ 月
云! 南! 电! 力! 技! 术 ()**+* ,-,./01. 234,0
5678 "# *68 & ! 9:;8 $%%&
云 南 电 网 雷 电 定 位监 测 系 统 的 试 运 行 分 析
马! 仪! 李! 明
（云南电力试验研究院（集团）有限公司电力研究院，云南! 昆明 ! "#$$#% ） 摘! 要：总结了云南电网雷电定位监测系统试运行期间的探测效率和定位精度，对取得的雷电数据以及输 电线路雷击跳闸情况进行初步的分析，并提出了系统运行和运用方面存在的问题以及相应的解决措施。 关键词：雷电 ! 定位! 输电线路 ! 探测效率! 定位精度 中图分类号： &’( ! 文献标识码： )! 文章编号：%$$" *+,-# （.$$"） $" *$$$# *$, " ）由于个别雷电探测站通信不稳定，使得系 统有时是处于缺站的运行状态，这可能会造成某些 区域雷电活动的漏测。 $8 $! 系统的平均定位精度 把系统显示的落雷点与实际查找到的遭雷击杆 塔之间的 距离 定义 为定 位精 度。根 据统计 数据， $%%> 年系统在覆盖区域内的平均定位精度（ >A 次 定位误差平均值） 为 &#’B 。定位精度分布情况见 图 ’。
基于雷电监测数据的雷电流幅值累积概率分布特征
基于雷电监测数据的雷电流幅值累积概率分布特征朱海燕;刘海兵;张新兴【摘要】利用江西省2006-2015年闪电定位系统监测资料,通过数理统计、回归分析等方法,分析江西省雷电流幅值概率以及雷电流幅值累积概率分布特征.结果表明:基于雷电监测数据获得的雷电流幅值累积概率分布拟合公式,一定程度上反映了江西省雷电流幅值累积概率变化特征.正、负极性雷电流幅值平均概率分布特征均表现出明显的堆积效应,且正极性的集中中心小于负极性;同时,正极性闪电相对负极性闪电出现大幅值的概率更高.负闪电实测曲线与拟合曲线完全一致,总闪电实测曲线与拟合曲线基本一致,拟合效果较负闪电稍差,较正闪电好.推导出的江西省正、负闪电和总闪电的雷电流幅值累积概率分布公式,对解决电力系统中由于雷电流幅值造成的雷击输电线路故障并采取有效的解决方案具有一定参考价值.【期刊名称】《气象与减灾研究》【年(卷),期】2018(041)003【总页数】7页(P219-225)【关键词】雷电流幅值;极性;累积概率;拟合公式【作者】朱海燕;刘海兵;张新兴【作者单位】上饶县气象局,江西上饶334100;上饶市气象局,江西上饶334000;上饶市气象局,江西上饶334000【正文语种】中文【中图分类】P427.320 引言雷电流幅值和陡度是反映雷电活动规律的重要参数。
雷电灾害事故，特别是雷电电磁辐射引起的雷电灾害，与雷电流幅值、雷电流最大陡度密切相关。
因此，研究雷电流幅值及其陡度的概率分布特征对于分析雷电灾害事故原因和采取有效的雷电防护措施具有极其重要的意义(Crouch，1980；李家启，2007；支树林等，2012)。
研究表明，电力系统高压输电线路的雷击事故与雷电流幅值、雷电流最大陡度有关(王巨丰等，2007)。
有的雷击事故是由大幅值、小陡度的雷电流引发；有的则是由小幅值、大陡度雷电流引发。
对某一次线路故障而言，判定该跳闸故障是由雷电流幅值还是由雷电流陡度引起的十分重要，因为引发原因不同，其解决方案也不同，这对选择针对性强、更有效的防雷措施具有重要意义(张志劲等，2005；王学良等，2016；余建华等，2016)。
35KV变电站防雷接地保护设计
35KV变电站防雷接地保护设计摘要雷电事故是对变电站、发电厂安全的主要威胁，如何有效、合理对变电站、发电厂采取防雷接地保护措施有着十分重要的意义。
本文就以农村某35KV变电站为研究对象，以国家《防雷接地标准》为依据且结合变电站具体情况，对变电站的防雷接地进行保护设计，具有一定代表性。
首先根据变电站的电气主接线图等实际情况，在了解雷电参数、雷电机理以及学习各种防雷装置的基础上，采用设计避雷针并计算验证其保护范围实现对变电站直击雷的防护；对变电站雷电侵入波的防护实现，则通过选择安装避雷器型号和设计变电站进线段的保护接线。
最后在了解接地基本知识后，计算其接地电阻、最大土壤电阻率、垂直接地体根数等，实现对此35KV变电站的接地保护设计。
关键词：35KV变电站；直击雷防护；雷电侵入波防护；接地保护35KV substation lightning protectiondesign of ground protectionAbstract：Lightning incident on the substation, power plants, the main threat to security, how to effectively and rationally to the substations, power plants, lightning protection grounding protection measures taken is very important.This article on a 35KV substation in rural areas for the study to state "Lightning grounding standards" based on specific conditions and combination of substation, the substation grounding protection lightning protection design, has a certain representation. First of all, according to the main electrical substation wiring diagram of the actual situation, etc., in the understanding of lightning parameters, the mechanism of lightning, as well as learning a variety of lightning protection devices on the basis of the calculation used to verify the design of a lightning rod and its scope of protection to achieve the protection of the substation direct stroke; of Substation lightning invasion wave to achieve the protection, surge arresters are installed by selecting the type and design of substation protection of wiring into the segment.Finally, grounding in the basic knowledge to understand, calculate the grounding resistance, soil resistivity of the largest vertical root number, such as grounding, to achieve this protection 35KV substation grounding design.Key words: 35KV Substation; Direct stroke protection; Invasive wavelightning protection ; Ground Protection目录摘要 (1)目录 (3)第1章前言 (5)1.1课题的提出和意义 (5)1.2国内外研究现状 (6)1.3本课题的主要工作 (6)1.3.1研究目标 (6)1.3.2主要研究内容 (7)1.4变电站防雷接地国家相关标准 (7)1.5本论文涉及的35KV变电站 (8)1.5.1变电站的概况 (8)1.5.2变电站相关参数 (9)1.5.3变电站电气主接线图 (9)第2章雷电与防雷装置 (11)2.1雷电 (11)2.1.1雷电及其放电过程 (11)2.1.2雷电参数 (13)2.1.3雷击过电压产生的机理 (17)2.2防雷装置 (18)2.2.1避雷针 (18)2.2.2避雷线 (20)2.2.3避雷器 (21)第3章变电站直击雷的防护 (23)3.1变电站直击雷防护概述 (23)3.2建、构筑物年预计年雷击次数 (23)3.2.1年预计雷击次数计算公式 (23)3.2.2 35KV变电站年预计雷击次数N (24)3.3反击 (24)3.3.1反击的产生 (24)3.3.2反击的防止 (24)3.4 35KV变电站直击雷防护的避雷针设计 (26)3.4.1采用两根等高避雷针进行防护设计 (26)3.4.2采用四根等高避雷针进行防护设计 (27)第4章变电站雷电侵入波防护 (29)4.1变电站对雷电侵入波防护概述 (29)4.2 避雷器的设计 (29)4.2.1避雷器的防护距离 (29)4.2.2避雷器与变压器的最大电气距离 (31)4.3变电站的进线段雷电防护设计 (32)4.3.1进线段防护必要性 (32)4.3.2进线保护段接线设计 (33)4.4运行方式的设计 (35)4.4.1雷雨季节在运行方式上尽量保证母线并列运行 (35)4.4.2电缆进出线有利于降低雷电侵入波的幅值和陡度 (35)第5章接地的基本常识 (37)5.1接地、接地电阻及接地装置 (37)5.1.1接地概念及分类 (37)5.1.2接地电阻与对地电压 (38)5.1.3接地装置 (39)5.1.4接触电压和跨步电压 (39)5.2工频接地电阻、冲击接地电阻和冲击系数 (40)5.3接地体工频接地电阻计算 (41)5.3.1自然接地体及其工频接地电阻计算 (41)5.3.2人工接地体及工频接地电阻计算 (42)第6章变电站的接地设计 (44)6.1变电站接地装置的型式 (44)6.2变电站的接地装置要求 (44)6.2.1接地电阻值的要求 (44)6.2.2变电站主接地网的均压要求及计算 (46)6.3 35KV变电站接地设计 (47)致谢 (51)参考文献 (52)第1章前言1.1课题的提出和意义在现代社会里，电力已成为国民经济和人民生活必不可少的二次能源，它在现代工农业生产、人们日常生活及各个领域中已获得了广泛应用。
承德市闪电定位系统的闪电活动及特征参数分析
科技资讯2017 NO.19SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程承德位于华北和东北两个地区的过渡地带,四周环山,地势由西北向东南阶梯下降,年平均雷暴日数高达40多天,属于高雷区,雷电灾害性天气频繁,每年都会造成一定的人员伤亡和巨大财产损失,而且随着经济的快速发展,雷电灾害的发生率呈上升的趋势,其造成的影响越来越大,雷电灾害越来越为人们所关注。
鉴于雷电灾害的危害越来越大,特提出对承德地区雷暴日、雷电流幅值等闪电活动特征进行分析,研究当地雷电分布规律,为雷电防御、建筑物雷电风险评估及建筑物防雷设计等工作提供了科学的参考依据。
1 数据来源与分析方法1.1 数据来源承德市一共有3个ADTD型闪电定位仪,位于承德市区、丰宁和围场,组成来自于承德市地面观测站,该文采用2013年的资料,雷击次数多,雷击范围广。
1.2 分析方法(1)利用ArcGis的数据分析功能。
(2)利用Excel中的统计分析功能。
2 人工观测的雷暴日和闪电定位资料统计的雷暴日对比分析闪电定位仪能对雷电的发生进行有效的记录,数据包括雷电发生时间、经纬度、强度、极性、上升陡度等,对雷电监测提供了比人工观测资料更为科学、合理的数据,可信度更高。
闪电定位仪记录的雷击点分布如图1所示,根据图1得到的各地区的雷暴日如表1所示,丰宁和平泉雷暴日数最多,隆化雷暴日数最少,且全市范围内1月、2月、11月和12月无闪电发生。
该文采用一种新的检验方法,不使用各个地区的雷暴统计,而是以人工观测站点为中心,半径30km为圆心,将这个圆区域范围内出现的闪电定位资料与人工观测到的雷暴日进行对比分析,如图2所示。
通过图2分析得出2013年闪电定位仪观测到的闪电日比人工观测的雷暴日数明显偏多,偏多最大的为平泉,两者相差49天,其次是承德和宽城,相差43天,偏差最小的是隆化,闪电定位仪观测闪电日比人工观测雷暴日多14天。
闪电定位仪观测的闪电日比人工观测的雷暴日多,究其原因在于闪电定位仪观测为该地区的落雷日,不管雷声大小,只要有落雷就能被仪器探测到;而人工观测到的雷暴出现范围仅限于20～30km,出现在≥30km的落雷一般是无法观测和记录到的,且同时发生不伴有雷声的闪电时,人工观测的漏测可能性很大,人工观测存在一定的客观性和①作者简介:童俊(1989,6—),男,汉,江苏姜堰人，本科，助理工程师，研究方向:雷电灾害分析。
雷电流波形的主要参数
雷电流波形的主要参数雷电流波形的主要参数雷电是一种具有破坏性的自然现象，它造成的损失对人类和自然环境都是不利的。
在工程设计和雷电保护领域，了解雷电现象的本质和特征是至关重要的。
雷电流波形是评估雷电击击保护中的重要参数之一。
本文介绍了雷电流波形的主要参数。
1.幅值雷电流波形的幅值是一种关键参数。
它表示了雷电流的最大峰值。
通常情况下，雷电流的幅值在千安到数十千安之间。
雷电流幅值越高，电流造成的电场就越强，电磁辐射也会更严重。
2.上升时间上升时间是指雷电流从其幅值的10%上升到其幅值的90%所需的时间。
上升时间反映了雷电流的变化速度。
其值约在0.1到1微秒之间。
当雷电流上升时间较短时，电流引起的电磁场也会增强。
3.下降时间下降时间是指雷电流从其幅值的90%下降到其幅值的10%所需的时间。
下降时间反映了雷电流的变化速度。
与上升时间相似，其值也在0.1到1微秒之间。
雷电流下降时间越短，电荷的变化也越快。
而且，电磁辐射的强度也会更高。
4.周期周期是雷电流波形的反复周期。
雷电波的周期是指雷击保护装置在最坏情况下需要承受的最大电荷周期。
不同地点的雷电波周期不同，通常在微秒和毫秒之间。
对于雷电保护的设计和计算，精确地了解频繁发生的雷电，在建筑物和设备上产生的周期是非常重要的。
5.功率谱密度功率谱密度是雷电幅值的频率特性。
它是指雷电信号在不同频段上的能量分布，也是雷电波形分析的重要参数。
功率谱密度通常在几千赫到数十兆赫之间。
总之，雷电流波形的主要参数是幅值、上升时间、下降时间、周期和功率谱密度。
这些参数对于正确设计和选择适当的雷电保护装置是必不可少的。
为了更好地了解雷电的特性和相应的保护方法，还需要在实践中对其进行更深入的研究和实验。
35KV变电所防雷接地保护设计
35KV变电站防雷接地保护设计摘要雷电事故是对变电站、发电厂安全的主要威胁，如何有效、合理对变电站、发电厂采取防雷接地保护措施有着十分重要的意义。
本文就以农村某35KV变电站为研究对象，以国家《防雷接地标准》为依据且结合变电站具体情况，对变电站的防雷接地进行保护设计，具有一定代表性。
首先根据变电站的电气主接线图等实际情况，在了解雷电参数、雷电机理以及学习各种防雷装置的基础上，采用设计避雷针并计算验证其保护范围实现对变电站直击雷的防护；对变电站雷电侵入波的防护实现，则通过选择安装避雷器型号和设计变电站进线段的保护接线。
最后在了解接地基本知识后，计算其接地电阻、最大土壤电阻率、垂直接地体根数等，实现对此35KV变电站的接地保护设计。
关键词：35KV变电站；直击雷防护；雷电侵入波防护；接地保护35KV substation lightning protection design of ground protectionAbstract：Lightning incident on the substation, power plants, the main threat to security, how to effectively and rationally to the substations, power plants, lightning protection grounding protection measures taken is very important.This article on a 35KV substation in rural areas for the study to state "Lightning grounding standards" based on specific conditions and combination of substation, the substation grounding protection lightning protection design, has a certain representation. First of all, according to the main electrical substation wiring diagram of the actual situation, etc., in the understanding of lightning parameters, the mechanism of lightning, as well as learning a variety of lightning protection devices on the basis of the calculation used to verify the design of a lightning rod and its scope of protection to achieve the protection of the substation direct stroke; of Substation lightning invasion wave to achieve the protection, surge arresters are installed by selecting the type and design of substation protection of wiring into the segment.Finally, grounding in the basic knowledge to understand, calculate the grounding resistance, soil resistivity of the largest vertical root number, such as grounding, to achieve this protection 35KV substation grounding design.Key words: 35KV Substation; Direct stroke protection; Invasive wavelightning protection ; Ground Protection目录摘要 (1)目录 (3)第1章前言 (5)1.1课题的提出和意义 (5)1.2国内外研究现状 (6)1.3本课题的主要工作 (6)1.3.1研究目标 (6)1.3.2主要研究内容 (7)1.4变电站防雷接地国家相关标准 (7)1.5本论文涉及的35KV变电站 (8)1.5.1变电站的概况 (8)1.5.2变电站相关参数 (9)1.5.3变电站电气主接线图 (9)第2章雷电与防雷装置 (11)2.1雷电 (11)2.1.1雷电及其放电过程 (11)2.1.2雷电参数 (13)2.1.3雷击过电压产生的机理 (17)2.2防雷装置 (18)2.2.1避雷针 (18)2.2.2避雷线 (20)2.2.3避雷带和避雷网........................................................错误!未定义书签。
第三章 雷电监测定位系统
1、闪电的高速旋转照相法
1926年博尹斯（Boys）设计了一种旋转 式相机，后来称Boys相机，如图。
BOYS相机观测原理图
由于该相机获取的闪电照片结构呈波纹 状，所以时常将这种相机称为波纹状相机。
1929年博尹斯又对他的相机作了进一步的 改进，如图 。
旋转胶片鼓 旋转方向 棱镜
镜头
具有移动 的胶片和 固定的光 学系统的 BOYS相机
1）大气电场感应器 2）信号处理电路 3）显示系统 4）雷暴警报器 雷暴警报器 信号处理电路 记录器 打印机 马 达
Cc
V 平板 天线 平板 天线 V
Cg
Vg=Eh
Cg
C
R
V
(a)未接到电子线路上的平板天 线
（b）与电子线路相连的平板天线
如上图a，有一平板天线，天线方向垂直于电场矢量，平行
于地面，即沿着一等位面。假定电场分布均匀，天线离南面距离为h。
在天线没有负载情况下天线附近的电场为E，而大地和天线之间的电位 差是Vg=Eh ，天线与云电荷中心之间的杂散电容为 Cc ，天线与地之间 的杂散电容为Cg，且Cg Cc，云电荷中心与地之间的电位差为V。云 地电位差沿Cc ， Cg被分压。 Cg上的电位差是
将（6.2）式代入（6.3）式，消去V就得
（6.3）
v Eh
Cc C g C g Cc C
（6.4）
由于Cg Cc ，所以上式近似为
v Eh
Cg Cg C
（6.5）
由（6.5）式可见，测得的电压正比于地面电场 E。而其比例系数h Cc /（ Cg+ C）可以通过计算或测
a
天线积 分 器
双匹配(805) 波形记录器
输电线路雷电定位监测系统
雷电定位监测系统雷电信息系统用户使用手册第一章 LIS简介 (1)1.1雷电定位系统（LLS） (1)1.2 雷电信息系统（LIS） (1)1.3 LIS工作原理 (1)1.4 LIS用户工作站的结构 (1)第二章 WEB用户系统 (1)2.1 特点 (1)2.2 功能 (2)2.2.1 基本地图操作 (3)2.2.2 图层控制 (4)2.2.3 实时与重放 (5)2.2.4 线路缓冲区查询 (6)2.2.5 点信息热激活 (8)2.2.6 地图测距 (9)2.2.7 点查询 (9)2.2.8 矩形查询 (11)附录 (11)第一章 LIS简介1.1雷电定位系统（LLS）雷电定位系统(LLS)是一个实时监测雷电活动的系统,它主要由方向时差探测器(TDF)、中央处理机(NPA) 和雷电信息系统(LIS) 三部分所组成,它能实时测量雷电发生的时间、地点、幅值、极性、回击次数等参数，为防雷保护工作提供大量实用数据，并为快速查找输电线路的雷击故障点提供方便。
1.2 雷电信息系统（LIS）LIS是雷电定位系统的三个组成部分之一。
它是一个由计算机等硬件和LIS专用软件所构成的雷电分析显示终端,主要实现雷击点位置及雷暴运行轨迹的彩色屏幕显示及雷电信息的分析统计。
1.3 LIS工作原理LIS收到中央处理机NPA发来的雷电信号后,根据雷电的经纬度,通过一系列的变换、计算、处理使其成为计算机屏幕图形坐标,并将雷击点及雷电参数定位在屏幕上地图的相应位置。
LIS既可作为一个本地终端与NPA放在同一处,也可作为远方显示终端远离NPA 放置,此时,必须建立起LIS与NPA之间的通讯通道。
1.4 LIS用户工作站的结构用户工作站有三种结构方式，即：专线终端用户系统、C/S和WEB用户系统。
⏹专线终端用户系统通过串口实时接收数据，在网络不普及的时候应用较广；⏹C/S（客户端/服务器）用户系统通过访问HTTP服务器获得数据；⏹WEB用户系统通过JAVA服务程序直接访问数据库获得雷电数据。
石家庄地区不同地形雷电流幅值概率分布特征
石家庄地区不同地形雷电流幅值概率分布特征
李贵玲;周爽;张杏敏;姚云;范俊红
【期刊名称】《气象水文海洋仪器》
【年(卷),期】2024(41)2
【摘要】基于2016—2021年石家庄闪电定位数据,文章采用规程法、IEEE推荐公式及CIGRE推荐参数,对比分析平原和山区不同极性的地闪雷电流幅值概率分布特征,用最小二乘法进行拟合,得出适合石家庄的雷电流幅值推荐公式及参数取值。
研究结果表明:石家庄地闪中负地闪占比达63%,电流幅值在1 kA~70 kA的占比超过96%,地闪与负地闪雷电流幅值概率分布趋势线更接近;负地闪发生在10 kA~20 kA最多,占比达35.66%,正地闪在1 kA~10 kA发生最多,占比达51.90%;平均雷电流幅值平原区域大于山区,负地闪高于正地闪;基于IEEE推荐公式进行参数修正后,计算得到的电流累积概率趋势线与统计值基本吻合,相关系数均超过0.99。
石家庄雷电流幅值中值电流明显小于IEEE推荐值,与CIGRE接近,负地闪中值电流高于正地闪。
研究结果为石家庄地区气象服务工作提供参考。
【总页数】5页(P46-49)
【作者】李贵玲;周爽;张杏敏;姚云;范俊红
【作者单位】河北省气象服务中心
【正文语种】中文
【中图分类】P427.3
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贵州省雷电流幅值的累积概率分布
致。
虽然 两 条趋 势线 与贵州 省 雷 电流幅值 累积 概
率 分布 曲线 的相关 程 度都较 好 ，但 指数趋 势线 拟 合 的相关 性 更好 ，因此推 荐使 用指 数拟合 公式 作
为 了能 更好 地 拟合 分 析 ，采用 最 小二 乘法 ， 通 过指 数 和多项 式拟 合 ，添 加两种 趋 势线 （ 图 见
规律 。
川 ３ ｅ ｏ０２ ７ ０ ＝ ８ ．２ ．｝
．
／
参 考文献 ： ［ ］ 陈家 宏 ，童 雪 芳 ，谷 山 强 ，等 ． 电定 位 系 统 测 量 １ 雷
陕
西
气
象 ｙ一 ０ ０ ７ ８ 一 １ ９ ７ ８ ． ０ 。 ． １ ｘ＋ ｌ ３ ８ ， Ｒ １ ．３ ＝
０ ５ ．９ ０ １。
加 ０ 加
电流幅值 大 于 ５ Ａ 两者 的变 化正 好相 反 ；雷 电 ０ｋ
＼ 搴 ｌ 褂 毒
流 幅值 大于 １ ０ｋ 两 条 曲线 都显 示鲫 ２ Ａ， 累积概 ∞ ∞率较 们 小， 且基 本 重合 ， 明 １ ０ｋ 以上 雷 电流 幅值 的 表 ２ Ａ
１ 雷 电流幅 值的 累积概 率
别 。在 ５ Ａ 以下 的雷 电流 幅值 概率 累积 中 ，贵 ０ｋ
州 省 的曲线 更 陡 ，变化较 大 ，而 国家经验 曲线 相 对 较平缓 ，变化相 对较 小 ，表 明贵州 省雷 电流 幅 值在 ５ Ａ 以下 的 累积概 率 与 国家 相差较 大 ；雷 ０ｋ
雷 电流 幅值 的累积 概率 分布 向来是 国内外 防 雷界 十分 重视 的雷 电参数 之 一 。由于雷 电流 幅值
变化 范 围较广 ，且是 统计 分析 ，因此存 在多 种表
雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征
雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征陈家宏,童雪芳,谷山强,李晓岚(国网电力科学研究院,武汉430074)摘 要:为满足防雷工程技术对雷电定位系统所测大量雷电流参数的应用需求,在IEEE 工作组和国内电力行业规程中采用的雷电流幅值概率分布特性的基础上,通过统计我国典型雷电定位系统监测数据研究了雷电流幅值分布特征。
结果表明:采用IEEE 推荐的表达形式回归雷电定位系统测量的雷电流幅值累积概率曲线拟合性最好,其结果与IEEE 推荐雷电流幅值分布特征符合,与我国当前规程中推荐的曲线有交叉,小幅值部分累积概率值高出规程值20%,大幅值部分累积概率值略小,与高压架空输电线实际雷击绕击跳闸率比设计值偏高相符合。
关键词:雷电流幅值;雷电定位系统;统计;累积概率;雷电监测;雷电流分布中图分类号:TM866文献标志码:A 文章编号:100326520(2008)0921893205基金资助项目:2006国网公司科研项目(13070052512353)。
Project Supported by 2006Scientific Item of State Electric Grid (13070052512353).Distribution Characteristics of Lightning Current Magnitude Measuredby Lightning Location SystemC H EN Jia 2hong ,TON G Xue 2fang ,GU Shan 2qiang ,L I Xiao 2lan (State Grid Electric Power Research Instit ute ,Wuhan 430074,China )Abstract :To satisfy the application demands of vast lightning current parameters in lightning protection engineering technology ,the distribution characteristics of cumulative probability of lightning current magnitude adopted by IEEE working group and national power industry regulations are analyzed ,and the distribution characteristics of lightning current magnitude in some typical areas based on lightning location system ’s data are studied.The results show that :the fitting expression format adopted by IEEE is better for cumulative probability curves gotten f rom lightning loca 2tion system than that adopted by national power industry regulations ,the characteristics of the statistical curves ac 2cord with that recommended by IEEE ,in two sides of the crossing point ,the cumulative probability values at smal 2ler currents are 20%higher than the latter ,and the cumulative probability values at higher currents are somewhat smaller than the latter ,which is accordant with that the actual shielding failure rates of high voltage overhead trans 2mission lines are higher than design values.K ey w ords :lightning current magnitude ;lightning location system ;statistic ;cumulative probability ;lightning de 2tection ;lightning current distribution0 引 言雷电流幅值概率分布一直是国内外防雷界非常重视的雷电参数之一,在绕击和反击防雷计算中占据十分重要的位置,国内外使用的雷电流幅值分布表达式不同。
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雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征陈家宏,童雪芳,谷山强,李晓岚(国网电力科学研究院,武汉430074)摘 要:为满足防雷工程技术对雷电定位系统所测大量雷电流参数的应用需求,在IEEE 工作组和国内电力行业规程中采用的雷电流幅值概率分布特性的基础上,通过统计我国典型雷电定位系统监测数据研究了雷电流幅值分布特征。
结果表明:采用IEEE 推荐的表达形式回归雷电定位系统测量的雷电流幅值累积概率曲线拟合性最好,其结果与IEEE 推荐雷电流幅值分布特征符合,与我国当前规程中推荐的曲线有交叉,小幅值部分累积概率值高出规程值20%,大幅值部分累积概率值略小,与高压架空输电线实际雷击绕击跳闸率比设计值偏高相符合。
关键词:雷电流幅值;雷电定位系统;统计;累积概率;雷电监测;雷电流分布中图分类号:TM866文献标志码:A 文章编号:100326520(2008)0921893205基金资助项目:2006国网公司科研项目(13070052512353)。
Project Supported by 2006Scientific Item of State Electric Grid (13070052512353).Distribution Characteristics of Lightning Current Magnitude Measuredby Lightning Location SystemC H EN Jia 2hong ,TON G Xue 2fang ,GU Shan 2qiang ,L I Xiao 2lan (State Grid Electric Power Research Instit ute ,Wuhan 430074,China )Abstract :To satisfy the application demands of vast lightning current parameters in lightning protection engineering technology ,the distribution characteristics of cumulative probability of lightning current magnitude adopted by IEEE working group and national power industry regulations are analyzed ,and the distribution characteristics of lightning current magnitude in some typical areas based on lightning location system ’s data are studied.The results show that :the fitting expression format adopted by IEEE is better for cumulative probability curves gotten f rom lightning loca 2tion system than that adopted by national power industry regulations ,the characteristics of the statistical curves ac 2cord with that recommended by IEEE ,in two sides of the crossing point ,the cumulative probability values at smal 2ler currents are 20%higher than the latter ,and the cumulative probability values at higher currents are somewhat smaller than the latter ,which is accordant with that the actual shielding failure rates of high voltage overhead trans 2mission lines are higher than design values.K ey w ords :lightning current magnitude ;lightning location system ;statistic ;cumulative probability ;lightning de 2tection ;lightning current distribution0 引 言雷电流幅值概率分布一直是国内外防雷界非常重视的雷电参数之一,在绕击和反击防雷计算中占据十分重要的位置,国内外使用的雷电流幅值分布表达式不同。
国内在近30多年中对雷电流幅值分布表达式进行过3次修改,目前使用的是电力行业规程《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》(DL/T62021997)[1]中推荐的表达式lg P I =-I /88,它是依据新杭线1962～1987年的磁钢棒检测结果,用97个雷击塔顶负极性雷电流幅值数据回归得到的[2]。
国际上,Anderson 2Erikson 、Popolansky 、Sar 2gent 等人先后对全球各地的雷电流幅值分布进行了研究,归纳出相应的雷电流幅值累积概率表达式[3],IEEE 工作组于2005年对全球雷电参数研究进行回顾和总结,仍然推荐Anderson 依据Berger 等人的实测数据提出的雷电流幅值的概率分布的近似对数正态分布式[4,5]。
日本为了监测雷电流参数,1994～1997年在60个1000kV 降压至500kV 运行的双回路输电线路杆塔塔顶安装215m 长的引雷针[6],研究出自己的雷电流幅值分布特征。
雷电定位系统是一套全自动、大面积、高精度、实时雷电监测系统,采用遥测法依据M.A.Uman 提出的地闪回击场模型得到雷电流幅值数据。
本文通过雷电定位监测系统的多年监测资料对全国部分地区的雷电流幅值概率分布进行了统计,得到一些典型的雷电流幅值分布特征,并将其与现行电力行业标准中推荐的雷电流幅值分布曲线进行了比较。
1 对雷电流幅值累积概率分布的再认识在我国线路防雷历史上,对雷电流幅值累积概率分布进行的3次修订如表1[7]。
・3981・ 第34卷第9期2008年 9月高 电 压 技 术High Voltage EngineeringVol.34No.9Sep. 2008表1 我国雷电流幅值累积概率分布历次修订汇总T ab.1 China’s revised distribution of cumulative prob ability of lightning current m agnitude修订年份雷电流幅值累积概率分布依 据1959lg P I=-I/60沿用前苏联公式1979lg P I=-I/108基于我国各地1205个磁钢棒记录数据[8,9]1997lg P I=-I/88新杭线20多年实测结果。
采用97个雷击塔顶负极性雷电流幅值数据回归[10]注:表1中,I为雷电流幅值,kA;P I为雷电流幅值>I的概率。
国际上,Pobolansky早在1977年根据欧洲、澳洲和美国的观测结果,提出了雷电流分布服从正态分布的观点,受到广泛认可。
此后的研究者根据对不同地区的观测提出了不同的中值电流和对数标准偏差,其中Eriksson和Anderson的观测结果被广泛采用。
Anderson根据Berger等人获得的80个负极性首次回击实测数据(进行过校正),首次给出了雷击电流大于某一电流I P的累积概率的近似表达式,即P c(>I P)=11+(I P31)2.6。
(1)式中,I P∈(2kA,200kA)。
负极性后续雷击电流的中值为1213kA,其对数值的标准差为015296。
大于某一电流幅值I P的累积概率可近似由下式求出:P c(>I P)=11+(I P12)2.7。
(2)式(1)和式(2)被IEEE工作组和CIGRE所推荐。
分析各种累积概率表达式,本文将式(1)、(2)两种形式写成式(3)标准式,即P I=11+(Ia )b。
(3)式中,I为雷电流幅值,kA;P I指电流幅值>I的概率;式中含有2个参数a、b,且b>1;参数a表示中值电流,即电流幅值>a的概率为50%;参数b反映了曲线变化程度:记雷电流幅值累积概率分布曲线(横坐标为幅值,纵坐标为概率)两点间斜率为k,见图1,以50%概率处为分界点,>50%概率点和50%概率点间的斜率为k1,50%概率点和<50%概率点间的斜率为k2。
当b值增大时,|k1|、|k2|均增大,50%概率点左侧曲线和右侧曲线均“变陡”。
因此,b值可以体现幅值概率曲线的变化程度,b值越大,表示幅值概率曲线下降程度越快,电流幅值集中性越强。
我国行业规程一直采用lg P=-I/c的形式,与图1 斜率示意图Fig.1 Schem atic of slope之相比,表达式(3)有2个显著含义参数,更形象、直观、全面地表现出了雷电流幅值概率的分布特征。
2 基于雷电定位系统的雷电流幅值分布统计我国于20世纪80年代末开始研究雷电定位监测技术,经过数十年的发展,中国电网雷电监测网已经覆盖了全国30个网省区域。
雷电定位系统运行至今,积累了传统雷电流幅值测量法所远不可比拟的海量雷电数据,且随着时间的继续推移,雷电数据仍在不断的积累。
不同地区地理、气候条件各不相同,雷电参数分布特征也有所差异,可以充分利用这些自动监测数据统计各区域针对性的雷电参数。
国网武汉高压研究院从2005年开始,全面开展利用这些长时间、大面积的海量雷电监测数据获取有价值的各种雷电参数研究,取得了一些显著研究成果,提出了雷电日统计的网格法[11,12],线路走廊沿线雷电活动规律分析的“线路走廊网格法”判断出了1000kV特高压试验示范工程的沿线雷电分布特征和易闪段[13],分析了部分地区的区域雷电日、雷电时、地闪密度、平均回击次数等雷电参数的时空分布特征,这些数据为输变电设备防雷改造、设计以及规划选址提供了前所未有的参考和借鉴。
本文通过自动监测数据针对雷电流幅值的分布特征进行了一些研究,下面以一些典型的数据为基础来分析基于雷电定位系统的雷电流幅值分布特征。
2.1 正、负极性雷电流幅值累积概率分布的比较对正、负极性地闪主放电分别进行雷电流幅值统计,我国东南沿海某地区分布曲线见图2。