真实地形地貌对闪电定位系统的影响

为了研究真实地形地貌对雷电回击电磁场和闪电定位系统的影响,利用柱坐标系下二维时域有限差分(FDTD)算法研究了真实地形地貌中高低起伏的地表对雷电首次回击电磁场以及闪电定位系统的影响。模拟结果表明,起伏的地形会使地闪首次回击垂直电场峰值减小,波形上升沿时间增大。但当地表出现特殊的地形结构时,真实的地形会增强垂直电场的峰值。对于雷电首次回击的切向磁场而言,地形地貌的高低起伏会明显衰减切向磁场的峰值,波头向后滞移,到达峰值时间滞后。例如,当雷电电磁场波从模拟闪击点到达测站1时,由于真实地形的影响会使垂直电场的峰值额外衰减约26%,波形上升沿时间额外增加1.5μs,这就会导致闪电定位系统估算的雷电流偏小约26%,雷击点定位出现误差。综上所述,在实际工作中应考虑真实地形地貌对闪电定位系统探测精度以及反演雷电放电参数的影响。     

风机塔筒内部感应电压与感应电流计算研究

风机塔筒上的不完整结构会使雷击电磁脉冲耦合进入塔筒内部,在线路上引起过高的感应电压和感应电流,从而造成内部设备的损坏。对实测的雷电流波形进行函数化表达,选择MTLE模型作为雷电通道回击模型。对塔筒内的电磁场分布进行分析,结合线路的布置情况对感应电压与感应电流进行计算。计算得到感应电压峰值约800 V,感应电流峰值约380 A,将计算结果与实测值进行对比分析,发现计算结果和实测值很相近,波形也极为相似,该计算方法具有一定的可取性。最后分析雷击点与风机之间距离发生改变时,感应电压的变化情况,从而对风机的雷电防护方案提供一定的依据。     

基于ATP-EMTP的10kV配电线路雷击性能研究

针对雷击10 kV架空配电线路时,配电线路直击雷过电压的计算与分析展开了一系列的研究。利用ATP-EMTP软件建立了直击雷过电压仿真模型,对比分析了雷直击杆塔顶部和雷直击相导线两种情况下的直击雷过电压波形和幅值。对10 kV农村架空配电线路遭受高幅值雷电流时的直击雷闪络特性做出了相关计算,给出了遭受高幅值雷电流时的绝缘闪络个数,雷击闪络时的雷电流沿线分布情况。仿真结果表明,雷电流幅值越大,雷击瞬间发生杆塔闪络的范围也在扩大,而且发生闪络的杆塔入地电流沿雷击点向两边递减。     

磁浮列车接地系统雷电冲击响应分析与优化

为研究磁浮列车接地系统应对雷电冲击时的响应,笔者建立了接地系统的集总参数电路模型,分析了雷电流峰值和雷击位置对车体接地系统的泄流分布特性和电压峰值特性的影响,并基于研究结果提出一种有效抑制雷电冲击影响的优化措施.研究发现:雷电流通过击穿车体导向电磁铁和轨道之间的间隙从而泄入大地,在这个过程中,被击穿的间隙呈现分布不均且不可控的特点,遭受直击雷的车体具有更多的泄流通道和更高的电压峰值;距离雷击点较远的某些车厢则没有出现泄流通道,这使得尾部车厢的接地系统电压峰值有一定程度抬升.通过一种开关式的引雷结构能够有效控制雷电流的泄流路径,并抑制接地系统的电压峰值.     

基于数值仿真实验研究接闪杆的高度对雷击点的影响

基于闪电数值仿真试验,通过改变接闪杆的高度,分析各雷击点位置出现次数,探讨接闪杆的高度对雷击点的影响,以及建筑物有无安装接闪杆情况下建筑物尖端对大气电场畸变效应的差异。结果发现:接闪杆的高度越高,则闪电击中建筑物拐角的概率越低;但是当接闪杆达到一定高度后,接闪杆高度继续增加,反而会导致雷击点位置落在地面的概率减小。接闪杆的安装降低了建筑物拐角处初始电场畸变值,削弱了建筑物拐角处的引雷作用,所以雷击点位置落在地面的次数增加了。     

山区雷击高塔影响架空线感应过电压的模拟研究

为了研究山区雷击高塔对雷电感应过电压的影响,建立了三维时域有限差分(3D-FDTD)算法模型,计算复杂山体地形下的雷击高塔产生的电磁场,并结合Agrawal耦合模型计算架空线感应过电压.利用该模型计算对比了雷击平坦地面、雷击山顶和雷击山顶高塔时的线路感应过电压,并讨论了山体坡度、距离、塔高、土壤电导率的影响.结果表明:...     

实测雷电流波形反演雷电特征参数的研究

安装在500kV运行线路上的雷电流全波形在线监测装置,获得了一次击于输电线路上的有效雷电流波形。对比于雷电定位系统的查询结果,该有效波形在时间、空间、幅值上与之基本一致。通过MATLAB软件处理采集到的有效波形,并与雷电定位系统数据对比。借助电磁暂态仿真程序PSCAD,对雷击位置、雷电流幅值及波形特征进行反演,得到了有关雷电流的特征参数,如雷电流峰值、波前时间、半波时间等,从而实现了雷击位置的定位与雷电流的复现,并为雷电流仿真模型的修正提供了基础数据。     

两建筑物的相对参数对地闪落雷点分布的影响

利用三维高分辨率的闪电随机发展模式，在保证模拟域内的两个建筑物长度、宽度和初始电场环境等基本参数不变的前提下，通过改变模拟域近地面两建筑物的相对高度、相对距离、相对方位3种建筑物相对参数来研究建筑物对周围低矮环境的落雷点(即上行先导的始发点，下同)的影响。系统阐述了不同情况下的高建筑物对于周围低矮环境的雷击保护效应。结果表明：1)固定高建筑物的高度，不断增加矮建筑物的高度，在一定高度比内高建筑物对近距离内低矮建筑物具有明显的雷击保护效应，随着两建筑物的高度不断接近(高度比越来越小)保护效应逐渐减弱，当高矮建筑物的高度比下降到小于1:0.80之后，高建筑物失去保护能力；2)高建筑物对地面在近距离一定范围内存在雷击保护效应，且具有明显的临界保护距离。当高矮建筑物之间的间距扩大到大于300 m之后，高建筑失去物对矮建筑物的保护能力；3)建筑物之间的相对方位对地面落雷点的分布影响不大。最后，笔者采用多元线性回归的方法定量的给出了建筑物之间的相对高度、相对间距对高建筑物的保护效率的影响的概率公式，经检验，具有较强的线性相关关系。     

某高度257 m公寓建筑的风效应及气动抗风措施

采用高频底座测力天平技术，对位于华南沿海城市的一建筑综合体的两栋超高层建筑(主塔和副塔，其高度分别为300 m和257 m)进行了风洞试验，考察了在副塔立面不同位置角区实施不同局部修改(包括凹角、切角和阳台不封闭)时相临主塔和上游高215 m的酒店对副塔横风向效应的影响。结果显示，副塔单体情况下，50 a横风向峰值基底弯矩和10 a重现期最大峰值加速度分别达到10.08 GN·m和0.50 m/s²，综合体的建筑布局可使副塔的峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少64%和54%，但上游的酒店可使副塔最大峰值加速度增加16%；只考虑综合体时，推荐的上部凹角和下部阳台不封闭方案可使副塔的最大横风向峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少20%和15%；考虑所有周边建筑的干扰效应时，推荐方案可使10 a重现期的最大峰值加速度减少12%，且在1~10 a重现期风速作用下的平均减振效果为11%。     

Wind effect and aerodynamic wind resistance measures of a 257 m high apartment building

采用高频底座测力天平技术，对位于华南沿海城市的一建筑综合体的两栋超高层建筑(主塔和副塔，其高度分别为300 m和257 m)进行了风洞试验，考察了在副塔立面不同位置角区实施不同局部修改(包括凹角、切角和阳台不封闭)时相临主塔和上游高215 m的酒店对副塔横风向效应的影响。结果显示，副塔单体情况下，50 a横风向峰值基底弯矩和10 a重现期最大峰值加速度分别达到10.08 GN·m和0.50 m/s²，综合体的建筑布局可使副塔的峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少64%和54%，但上游的酒店可使副塔最大峰值加速度增加16%；只考虑综合体时，推荐的上部凹角和下部阳台不封闭方案可使副塔的最大横风向峰值基底弯矩和最大峰值加速度分别减少20%和15%；考虑所有周边建筑的干扰效应时，推荐方案可使10 a重现期的最大峰值加速度减少12%，且在1~10 a重现期风速作用下的平均减振效果为11%。     

基于不同的参数设置研究雷击高塔地闪回击电磁辐射场特性

高塔作为频受雷击的群体,研究其周围的雷电电磁环境有助于优化其附近的防雷设施,因此可以更好的对其周围的电力,电子和通讯设备进行雷电防护。利用TL模型推导出来的新的表达式来计算电场和磁场的大小,通过设置不同的参数,在雷击高塔和雷击地面这两种情况下,对不同水平距离处的电场和磁场值进行了分析和对比。得出了以下结论:在高塔存在的理想情况下,高塔近距离处的电场与地面处的电场相比是减小的,这表明高塔对近距离处的电场有屏蔽作用,而其磁场则与雷击地面的情况是相同的。随着[ρtop],[ρbot]值的改变,在不同水平距离处的观察点的电场和磁场的峰值大小也在改变,当它们的值减小时,高塔远区的电场和磁场的值都会存在一个增强效应,即存在一个远区增强因子。     

回击电流速度变化对沿雷电通道回击 电流的影响研究

当高层建筑结构遭遇直击雷时,其电气设备可能会遭到破坏,这是因为回击电流产生了雷电电磁场(LEMF),而电磁场又在电气设备上感生出了感应电动势(LIV)。回击电流速度参数的变化会影响雷电通道内回击电流的幅值,因此回击速度改变对回击电流的影响在本文有详细介绍和分析。而本文测量研究发现:沿着通道的峰值电流的变化是取决于回击电流速度(RSV)变化,RSV波形以及在前100 m通道高度平均值,于是评估雷电电磁场和感应电压时都应该考虑这些因素。在评估感应电压和系统保护时,应考虑电流峰值的变化。     

布达拉宫区域雷电环境评估

根据布达拉宫区域现场勘查、气候资料、雷暴日资料及闪电定位数据,对布达拉宫开展区域雷电环境评估。结果表明:拉萨市年均雷暴日为69.5天,7、8月雷电活动频繁。布达拉宫1 km范围内,正北方向闪电较密集,雷电流幅值主要分布在0~20 k A之间。通过Arcgis统计分析,布达拉宫周边2 km范围雷击大地的年平均密度平均值为2.27次/km2/a,布达拉宫处于较低风险区域,易发生雷电绕击。布达拉宫周边2 km范围内,区域1.8%、19.5%、100%的面积电磁辐射强度分别达到2.4 Gs、0.7 Gs、0.07 Gs的电磁辐射,德央夏、约普西及红宫附近线路需重点做好防感应雷措施。布达拉宫的人身伤亡损失的风险、文化遗产损失的风险、经济损失的风险都高于风险容许值。     

基于随机放电模式对建筑物上行闪电的数值模拟

为了研究建筑物宽度变化对于上行闪电传播的影响,采用了上行闪电的随机放电参数化方案,对上行闪电进行了二维高分辨率下的模拟。结果显示:(1)当上行闪电起始后单向通道垂直向上发展一段距离,通道比较暗,分支比较小;(2)上行闪电发展到达2 km左右后,闪电通道的大部分分支将会产生许多小的分叉,其中部分分叉将会在高电荷密度中心处出现,另一部分分叉则绕过高电荷密度中心,向水平方向延伸发展;(3)随着建筑物宽度增加,上行闪电的通道总步长、上行闪电的水平延伸、垂直延伸有所增加、垂直延伸距离在3.1km-3.4km范围内变化。对建筑物上行闪电起始位置的研究,能够对建筑物电涌保护器的安装、选型等工作提供科学的指导意义。     

城市建筑物(群)对雷电电磁环境与耦合电压的影响研究

以Agrawal耦合模型为基础,利用二维时域有限差分方法,研究了城市建筑物对理想地面架空线附近的雷电电磁环境和架空线上感应出的耦合电压的影响,并分析了建筑物位置、建筑物高度以及回击电流参数等因素对电磁环境及耦合电压的影响差异。结果表明:建筑物的存在削弱了架空线附近的垂直电场,当建筑物分别位于架空线两侧时,水平电场方向相反;建筑物高度的增加对架空线附近的水平电场波形影响不大,当建筑物高度或者建筑物与闪电通道距离增大时,垂直电场均减小;对于15 m高的建筑物,当它与闪电通道分别位于架空线路同侧及异侧时,在继后回击下相比建筑物不存在时的耦合电压之比分别为46.1%和61.3%,在首次回击下的比值分别为47.0%和56.1%,建筑物对架空线路上的耦合电压产生较大的衰减;无论建筑物位于架空线的哪一侧,建筑物高度越高,距离架空线越近,衰减作用越明显。     

雷击输电线路不同位置处的概率研究

为了探讨雷击输电线路的特征,在考虑闪电发展具有随机性的基础上建立了雷击输电线路的二维模型,研究雷击输电线不同位置处的概率。结果表明:在不考虑避雷线作用时,雷击输电线路、杆塔以及大地的频数分别为322、151和27。模拟出的雷击距频数呈现为准正态分布,雷击距最大值为95.5 m,最小值为71 m,平均值为83.5 m。当下行先导初始位置在输电线路正上方时,高出输电线路部分的杆塔有效屏蔽了大部分闪电,左右杆塔接闪频数约占总模拟次数84.4%。改变下行先导初始位置,先导分别位于左右两侧时,对应的雷击左、右两侧杆塔分别为87%和90%。因此初始下行先导与输电线路水平距离越近,靠近先导一侧的杆塔越容易遭受雷击。     

直击雷的防护

1 直击雷的产生和破坏雷电形成于大气运动过程中,其成因为大气运动中的剧烈摩擦生电以及云块切割磁力线。雷雨云中电荷呈非均匀分布,造成的电场强度不是处处相同。当云中电荷密集度的电场达到25～30kV-·rn-1时,会由云向地开始形成下行先导。当先导通道接近地面时,就会诱发由地面向上的上行先导,地面的物体形成向上闪流,二者相遇即形成了从云到地面的电离通道,这时就出现了强烈的电闪雷鸣,这就是雷电的主放电阶段,雷电的大部分能量都在这个阶段得到释放。一次雷击主放电一般为几万安培到十几万安培。     

基于电磁暂态仿真软件雷电过电压仿真误差研究

电磁暂态仿真软件(ATP-EMTP)是电力系统用于雷电暂态过电压仿真的主要软件,主要运用于电力系统的初步防雷保护设计以及对现有防雷措施进行改造研究。仿真结果的精确性直接关系到整个防雷保护设计以及改造的成效,因此对仿真软件的精确性研究至关重要。主要采用目前雷击输电线路仿真电路模型,对雷电流模型输出以及雷击点电流进行检测,同时对比计算出雷电流模型设置参数为3kA以及雷击点作用电流3kA两种情况下四点过电压的误差率。仿真实验结果得出了雷电流电源模型与实际作用电流的误差率,同时得到该雷电流误差率导致的各点过电压误差率。通过对仿真软件误差研究,不仅为提高雷电过电压仿真精确性提供了相应的参考意义,同时保证了电力系统的耐雷水平,降低了雷击跳闸率,提高电力系统的供电可靠性。     

110kV架空线路避雷器安装方式仿真研究

简单介绍了110 kV输电线路的防雷措施,重点应用PSCAD软件进行仿真建模,模拟雷击杆塔情况,分析研究易击杆塔及附近多基连续杆塔线路避雷器的安装位置对线路耐雷水平、绝缘子串闪络相以及导线中雷电冲击过电压的影响。仿真结果表明,不同的线路避雷器安装方式下,线路的耐雷水平提升变化不尽相同;高于线路最高耐雷水平10%的雷电流造成的绝缘子发生闪络的杆塔和相别有所不同;低于线路最低耐雷水平10%的雷电流造成导线中的雷电冲击过电压峰值和衰减速度均有所不同。结合线路避雷器造价高、工程量大以及实用性,在实际应用中对于110 kV上字型杆塔建议采用两边相安装线路避雷器来提高其防雷效果。     

接地模块在架空输电线路防雷改造中的应用

雷电是一种大气放电现象,产生于积雨云中,积雨云在形成过程中,某些云团带正电荷,某些云团带负电荷。它们对大地的静电感应,使地面或建(构)筑物表面产生异性电荷,当电荷积聚到一定程度时,不同电荷云团之间,或云团与大地之间的电场强度可以击穿空气(一般为25~30 k V/cm),开始游离放电,我们称之为"先导放电"。云对地的先导放电是云向地面跳跃式逐渐发展的,当到达地面吋(地面上的建筑物,架空输电线等),便会产生由地面向云团的逆导主放电。在主放电阶段里,会出现很大的雷电流(一般为几十k A至几百k A),并随之发生强烈的闪电和巨响,这就形成了雷电。