雷电定位系统的原理与应用研究　

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1、雷电定位系统的原理与应用研究周延龄黎利佳苏贻泰【摘要】为鉴别线路是否落雷及确定落雷杆号，湖南建成了包含9个探测站覆盖全省的雷电定位系统。文中阐述了雷电定位的原理、系统构成、特性及应用实践，并就今后推广应用问题提出建议。【关键词】雷电定位系统DeveIopmentandAppIicationofLightningSpottingSystemAbstractTodistinguishwhethertheIinestruckbyIightningtningspottinoveringwhoIepaperdescribharacteristinin

2、gspottingtion.andspottheexgsystemincIuHunanProvincestheprincipcsandpracticsystemandsugactpoIebeingding9monitorehasbeenestaIe,systemconaIappIicatiogeststhewaysstruck,aIighingstationscbIished.Thisfiguration,cnofthisIightofpopuIarizaKeywordsIightningspottingsystem湖南是一个多雷省份，通常

3、年雷暴日数在50d以上，雷击是线路故障的主要原因。出于安全生产的需要，多年来对雷电参数的观测，尤其80年代对地落雷密度测量，做了大量工作，得出湖南对地落雷密度[1]r=0.063次/km2。这一观测结果远比原规程r=0.015大3倍，与1997年新修订的规程r=0.07很接近。90年代，随着电力工业的大发展，投运的高压线路迅速增长，线路雷击事故増多，故障点的查找工作量很大，以致线路雷击故障查找率对于110〜220kV等级只有50%左右。另一方面，是把线路的其它事故无根据地归结于雷击。在这种形势下，鉴别线路是否落雷以及精确确定落雷杆号就显得很

4、迫切。正是基于这一生产需要，1993年提出开发湖南的雷电定位系统。经过5a调查研究，开发了全部硬件和软件，建成了包含9个探测站覆盖全省的湖南雷电定位系统，以它的良好定位精度，从1996年开始，在指导全省5000多km220kV及以上超高压线路的雷击故障点查找上，发挥了重要作用。本文以这个系统为背景，介绍雷电定位系统的构成、特性、应用，以及今后推广中的一些问题。1雷击故障定位的原理雷电放电会产生光、声音和电磁波。现在实用化的雷击故障定位大都测定放电辐射的电磁波。为此必须建立相应的辐射电磁场计算模型，区分云内放电与对地落雷，采用精确的雷击点的定

5、位交会方法。1.1回击辐射电磁场计算模型大量实际观测弄清了对地落雷的形态［2］。落雷通常开始于雷云中高静电区的放电，然后从云向地面以先导形式向下进展，先导到达地面或高耸物体后，沿着先导路径向上产生回击。尽管先导发展具有随意性，但在接近地面时，其通道在几百米的范围内是几乎垂直于地面的。落雷回击电流为幅值大、起始部分陡峭的大电流脉冲，并以近似于光速沿着先导放电路径从大地向云中发展，辐射出很强的电磁波。利用图1的计算模型可以确定回击电流在地面上任一点产生的电磁场强度E（r，中，0，t）和B（r,中,0，t）。1回击的电磁场计算模型1.2对地落雷波

6、形判据云内放电同样辐射电磁波，因此区分对地落雷或云内闪电是极为重要的。大量实测表明，对地落雷与云内闪电的典型波形如图2所示。现在实用化的雷电定位系统都采用6个波形特征条件鉴别对地落雷。湖南系统采用的判据值如下：阀值电压：100mV预脉冲PTK/Up彡0.25上升时间t1^20ns次峰Up2彡1.20持续时间t2^40[is过冲Up3/Up^1.302典型云闪波形1.3雷击点定位的交会方法雷击点的位置是一个关键参数。现有确定落雷地点有2种方法：定向定位(DF)和时差定位CFOA)。近几年发展了综合利用DF和T0A的复合定位方法。1.3.1定向

7、定位定向定位要利用2个及以上探测站——正交环形磁场天线同时测定落雷点与探测站连线的方位角。2个探测站获得2个方位角在球面用三角交会确定落雷点。由于利用磁场天线，往往叫磁场定向定位(MDF)。为提高定位精度，采用了3个以上探测站和优化算法，即使式(1)的X2值为最小：式中，ei为第i站测的方位角；eio是第i站与优化落雷点连线的方位角。1.3.2时差定位时差定位是通过监测落雷点电磁波信号峰值到达探测站相对时间差，在球面上建立双曲线3个探测站能产生2条双曲线，其交点即落雷点位置(见图3)。由于2条双曲线可能有2个相交点，其中一个是伪点，因此TO

8、A中要有4个探测站，使得定位解是唯一的。TOA中既可以利用磁场信号(MTOA)，也可以采用电场信号(ETOA)。由于TOA中几乎不存在场地误差，利用GPS技术把各探测站的时间同步