10 kV配电线路火箭引雷试验及雷电流波形特征分析

为了研究引雷至配电线路雷电流波形特征,开展了国内首次10 kV配电线路火箭引雷试验,成功触发26次闪电,其中包含回击闪电20次,总回击数120次,每次闪电平均包含6次回击,一次雷击过程回击次数最多高达13次。一次典型雷电流波形可分为3个阶段：初始阶段(IS)、回击(RS)和M分量。IS的平均电流、转移电荷、持续时间的几何平均值分别是56.2 A、15.0 C、267.1 ms; RS的峰值电流、10%～90%上升时间、1 ms转移电荷、回击间隔时间的几何平均值分别是16.4 kA、0.6μs、1.1 C、41.9 ms; M分量的峰值电流、10%～90%上升时间、转移电荷的几何平均值分别是0.4 kA、119.8μs、0.08 C。IS转移的电荷远大于单个RS转移的电荷,甚至大于IS后续所有回击转移电荷之和。每次回击平均包含1.5个M分量,一次闪电事件中M分量转移的电荷约为回击转移电荷的11%。雷电流波形数据对电力系统尤其是配电系统的雷电防护设计有帮助。     

负地闪先导-回击过程的光学观测和分析

为了解闪电先导传输的过程以及雷电灾害产生的机理,利用高速摄像观测自然闪电的资料,结合地面电场变化观测,分析了27次自然负地闪先导-回击发展过程的特征。结果表明:>90%的负地闪首次回击前下行梯级先导具有明显的多级分叉现象,随其下行发展,接近地面时分叉逐渐增多,先导的发展速度为104~105m/s量级;约30%(8/27)的地闪具有多个接地点;约44%(12/27)的地闪具有多次回击,其中回击次数最大值为13,回击次数>10的地闪有4次;多接地闪电中有62%(5/8)具有多次回击,但发生多次回击的接地点均只有1个,其余的接地点均只发生1次回击。     

地闪参量特征的统计分析

通过对北京和兰州中川地区测到的地闪资料进行的计算和统计分析,总结了两地区正负地闪的电流幅值、电流梯度、回收数、峰值电流时间、回周间隔等一批在防雷工程中具有较大在参考价值的闪电参量的概率分布特征,以及北京地区的平均年落雷密度分布和平均年雷暴日分布。     

±800 kV宾金线浙江段正负地闪多重回击特征分析

为得到±800 kV宾金线浙江段沿线走廊正、负地闪多重回击特征,对2017年6月至9月监测到的3 032例完整地闪样本的特征参数进行了统计分析,主要包括回击次数、地闪持续时间、回击间隔时间、回击强度四个方面。多重回击参数呈明显的随回击序号系统性变化特征,且正、负地闪特性差异较为明显。统计结果表明：正、负地闪样本数量分别占27.57%和72.43%;负地闪样本中单回击占52.60%,最大回击次数达到13次,平均回击次数为2.47次;正地闪样本中单回击占比更大,达到77.04%,而回击次数相对较少,其最大回击次数为5次,平均回击次数仅为1.26次。正、负地闪多重回击持续时间随回击次数增加呈递增趋势,且负地闪持续时间的增长速度更快,其整体的算术平均分别为250.20 ms和343.02 ms。负地闪回击间隔时间随回击次序变化不明显,而正地闪回击间隔时间随回击次序呈递减趋势。总体上正、负地闪后续回击强度比值均随后续回击次序增加呈递减趋势;负地闪首次回击电流强度随回击次数增加呈递增趋势,而正地闪变化趋势不明显。     

±800kV宾金线浙江段线路走廊雷电活动参数分析

为掌握±800kV宾金线浙江段线路走廊的雷电活动参数以作为线路防雷计算等工作的基础,利用雷电监测系统,对其进行网格划分,并对2010~2016年雷电参数进行了统计分析。结果表明,±800kV宾金线浙江段线路走廊靠近浙赣边界和金华换流站两段的雷电日数、地闪密度较大,属于雷电活跃区域;雷电流幅值累积概率分布可用IEEE推荐公式取得良好的拟合效果;沿线正地闪的主放电回击次数小于负地闪的主放电回击次数;不同年份雷电日、地闪密度差异较大,正地闪比例、雷击主放电回击次数均值保持稳定。     

采用闪电定位系统的丘陵山区雷电特征分析

为研究丘陵山区雷电分布特征,利用重庆闪电定位系统监测的地闪资料（1999-2008年）,通过数理统计、回归分析等方法,重点分析海拔高度〉800 m丘陵山区闪电的时间和高程属性特征。结果表明：丘陵山区负闪频次（占95.6%）明显高于正闪频次（占4.4%）,闪电发生主要集中在4—10月,日分布有两个高频时期（0：00-3：00,13：00-16：00）,闪电频次随着海拔高度上升而逐渐减少;正闪所占的比例和高幅值闪电比例都是随着海拔高度的上升明显增大;正闪平均雷电流强度明显高于负闪,其冬季平均雷电流强度明显大于夏季;正闪平均雷电流强度日变化有两个峰值（凌晨和正午前夕）;正闪雷电流强度随着海拔高度升高而增加。在此基础上获得了丘陵山区雷电流幅值的累积概率分布曲线,为防雷设计、施工提供了可靠的科学依据。     

±800kV宾金线浙江段线路走廊雷电活动参数分析

为掌握±800kV 宾金线浙江段线路走廊的雷电活动参数以作为线路防雷计算等工作的基础,利用雷电监测系统,对其进行网格划分,并对2010~2016年雷电参数进行了统计分析.结果表明,±800kV 宾金线浙江段线路走廊靠近浙赣边界和金华换流站两段的雷电日数、地闪密度较大,属于雷电活跃区域;雷电流幅值累积概率分布可用IEEE推荐公式取得良好的拟合效果;沿线正地闪的主放电回击次数小于负地闪的主放电回击次数;不同年份雷电日、地闪密度差异较大,正地闪比例、雷击主放电回击次数均值保持稳定。     

多回击地闪特征参数及其对直流线路故障的影响研究

基于浙江和西藏两地区的地闪活动观测资料，分析、对比了两地地闪参数的特征，并建立了多回击地闪雷击线路仿真模型，计算分析了地闪特征参数对线路动作特性的影响。结果表明，浙江地区的多回击地闪百分比、地闪回击次数、地闪持续时间、回击时间间隔和地闪回击强度等参数均要大于西藏地区，两地多回击地闪的地闪持续时间大于500ms的比例和后续回击大于首次回击的比例均不可忽视；多回击地闪作用下的线路耐雷水平与单次回击作用下的线路耐雷水平相等，线路的重启失败率随着多回击地闪的地闪回击次数增大和地闪持续时间的延长而呈现先增大后减小的趋势；适当延长线路重启过程的去游离时间以及增加线路重启次数，有助于提高多回击地闪作用下线路的重启成功率。     

人工引发闪电和自然闪电回击电流波形的对比分析

对2005年夏季在山东引雷实验中获得的一次传统人工引发闪电1μs时间分辨率的电流资料进行了分析。整个电流持续时间约1120ms,包含10次回击过程,时间间隔为18~210ms,平均为87ms;回击电流峰值的几何平均值为11.9kA,变化范围为6.6~21.0kA。通过人工引发闪电和自然闪电的对比分析,发现传统人工引发闪电的回击电流峰值(10~17kA)与自然闪电的继后回击(12~18kA)基本一致;空中人工引发闪电的首次回击(也有作者称为"小回击过程")电流峰值(24~37kA)略小于自然闪电的首次回击(30~45kA);不同地区下行自然闪电回击电流峰值存在最大约50%的差异;上行自然闪电回击电流峰值(8~10kA)小于其他类型的回击。     

广州地区地闪放电过程的观测及其特征分析

为了比较系统地认识和理解地闪放电的特征,利用高速摄像机和闪电电磁场观测设备对广州地区的地闪放电过程进行了光、电、磁综合观测。分析结果表明:1)地闪预击穿过程由呈双极性的大脉冲簇组成,80%以上的脉冲的初始极性与其后的回击极性相同;2)负地闪首次回击前的下行梯级先导均表现出较多的分叉,平均发展速度为105 m/s量级,在向下发展过程中速度增加,通道亮度也逐渐增强;3)当下行先导接近高建筑物时,在高建筑物上常常激发产生出多个上行先导,不管是上行连接先导还是上行未连接先导,均可以发展传输上百m,甚至达到几百m,2维平均发展速度均在104～105 m/s量级;4)72%的负地闪具有多次回击,且有3次回击的比例最高,约为25%,回击之间的时间间隔主要在100ms之内,但最大可达500ms;5)在人工触发闪电中直接测量的回击电流峰值在6.67～31.93kA之间;6)65%的负地闪含有连续电流过程,41%的回击后跟随有连续电流,连续电流的持续时间在1～358ms之间;7)连续电流中的M分量持续时间主要集中在3ms以内,相邻M分量之间的时间间隔主要分布在0～10ms之间,2/3的第1个M分量起始时间与回击起始时间之间的时间间隔<2ms。     

回击过程中具有多个接地通道闪电的研究

根据广东顺德与青海大通地区2002年夏季多次雷暴过程中地闪的电场和光学资料,研究了一次回击过程中具有多个接地点的闪电(MGPF)和产生、影响MGPF的因素。结果表明:1)广东371次地闪中MGPF有62次(约16.7%);青海119次地闪中MGPF有21次(约17.6%)。2)广东与青海MGPF的相邻接地点间的时间间隔分布分别为20~342μs和8~172μs。3)随着回击次数的增加,闪电在回击过程中具有多个接地点的几率降低。4)广东与青海MGPF的回击前梯级先导速度无量级差异。闪电在一次回击过程具有多个接地通道,因而对地面设施将产生更大的危害,这对雷电防护设计和改进提出了更高的要求。     

浙江省雷电时空分布特征及影响因素分析

根据浙江省建站始到2011年70个地面观测站的雷暴日资料、浙江省电力部门闪电定位系统的2005—2011年地闪数据和电网雷害资料,分析研究了浙江省雷电的时空分布特征及影响因素。研究结果表明:浙江省雷电主要集中在3—9月,多发生在15—16时段。全省雷暴日分布呈现山区比平原地区多,内陆比沿海多的特点。地闪密度呈现明显的地域性差异,地闪高密度区表现为两大片、若干点的分布。负闪占总地闪的百分率为94.91%。正、负闪电强度主要集中在0~50 kA。地闪高密度区的分布,与气候、地形、地貌、地面大型水体和城市热岛效应有着密切关系。     

青藏高原腹地的雷电物理特征

通过利用大气平均电场仪和快、慢电场变化仪等仪器设备对青藏高原腹地那曲地区的雷电物理特征进行了分析。发现高原雷暴天气过程中发生的闪电与低海拔地区的相比存在许多的特殊性。这些特殊性主要表现在:闪电在短时间内可以引起较大的电场变化,接近±50kV/m;在一次雷暴天 气过程中的短时强降水可以改变大气平均电场的极性,存在着多个FEAWP过程。较多的地闪只有一次回击,占总地闪数的36.3%,地闪回击数最多的可达到17次,平均为4.11次。地闪中正地闪比率较高可以达到32％。对于负地闪继后回击的电场幅度与首次回击的比与其他地区相比非常高,其平均值为1.42,其中最大值为11.64,最小值为0.17。占总数62％的地闪的连续电流发生在首次回击之后,其持续时间绝大多数在60-160ms之间。     

基于触发闪电的共用地网雷电流分布观测及分析

对于雷电流在地网上分布的研究大多是基于理论分析,为此,通过野外试验并结合ATP-EMTP仿真分析了雷击共用地网时雷电流的分布情况。研究结果表明:共用地网模型中连接地网的2条扁钢分流到远端地网电流5次回击幅值和电量平均值分别为-1.2 k A和-0.24 C,分别占注入触发闪电的7.8%和27.0%;波前时间平均值和波尾时间平均值分别为22.0μs和149.2μs,分别是注入触发闪电的44倍和16倍;触发闪电电流中的一次幅值为-19.3 k A的M分量分流到远端地网时波形和注入闪电电流相似,与回击分流到此的电流也较为相似。仿真与实测结果对比发现:回击过程分流的幅值和波前时间与实测结果相符合,但波尾时间模拟结果有明显的差异;M分量模拟结果与实测整体波形都比较符合,效果优于对回击过程的模拟。触发闪电电流注入后,共用地网远端M分量电流幅值衰减比例要远小于回击过程,而其波形与回击类似,M分量对远端地网分流和地电位升高的危害应值得关注。     

“先导－回击模型”与人工触发闪电特征参数计算

在关于地闪通道的“先导模型”和“回击模型”基础上,建立了“先导—回击模型”,并利用该模型对2005年8月2日3次人工触发闪电中观测到的12次直窜先导和继后回击过程的慢电场变化资料进行了闪电通道特征参量的计算。计算结果发现：3次人工触发闪电的高度分别在8．68、4．48和10．59km；直窜先导过程的电荷线密度范围为49．3～130．05μC/m；先导发展平均速度范围为0．23×10~7～1．48×10~7 m/s；先导平均电流范围为0．14～1．87kA；先导通道电压范围为7．94～20．33MV；继后回击中和的电荷量范围为0．16～1．21C；继后回击过程的回击平均速度范围为2．61×10~7～11．86×10~7m/s；回击平均电流范围为1．56～12．59kA。分析表明,“先导—回击模型”降低了对观测点站数和观测环境的要求,同时对通道具有较强的计算能力。     

闪电定位仪观测结果的修订分析

对江苏省电力部门和江苏省气象部门的两种不同闪电定位系统记录的地闪资料统计分析,发现电力部门的闪电观测记录明显比气象部门的多,而二者变化趋势基本一致,介绍了经采用剔除不可靠观测记录以及用回击、电流处理方法修正处理后的两套系统探测数据的对比分析发现,电力部门和气象部门的闪电记录相差很小,有关南京地区的闪电月分布、日分布、闪电密度空间分布大抵相符,表明这种对观测结果进行修正的方法是有效的,有利于双方资料的共享与互补。     

重庆地区雷电流幅值变化特征分析

雷电流幅值及其特性是雷电科学研究的重要基础数据。为此利用闪电定位系统监测到的重庆区域内地闪资料(1999～2008年),统计分析了重庆地区1999～2003年、2003～2008年正闪和负闪雷电流幅值的时间变化和空间分布变化特征。结果表明:正(负)闪雷电流幅值在2003～2008年明显高于1999～2003年,其中秋季增幅最大,冬季相对比例增加最大;相对于1999～2003年,春季和夏季雷电流幅值在东部地区减少,西部增加显著;秋季各地区都呈现一致增加趋势(仅渝中区正闪略有减少);冬季在位于重庆市主城区及其偏东区域,1999～2003年未发生闪电,而2003～2008年闪电明显增加,东部地区正闪呈现增加趋势,负闪呈现减少趋势。在此基础上,获得了1999～2003年和2003～2008年雷电流幅值的累积概率分布方程,客观反映了重庆地区雷电流幅值变化规律。     

高原雷暴地闪回击辐射场特征分析

该文主要利用微秒量级时间分辨率的慢天线电场变化仪资料，对甘肃平凉地区雷暴过程中云地闪电首次回击和继后回击的远区辐射场特征进行了观测研究，并与国内外结果进行了对比分析。发现高原夏季雷暴过程中的闪电特征具有较大的独特性，平均而言，高原雷暴正负地闪首次回击辐射场波形的过零时间分别为63μs、66μs：正负地闪首次回击负反冲深度分别为20％、31％，其二者均介于美国夏季雷暴和日本冬季雷暴之间。负地闪首次回击和继后回击初始峰值之后，通常叠加有明显的次峰现象，而正地闪相对较少，相邻次峰间隔依次增大，相对强度依次减小。     

海南省雷电分布特征分析

通过统计海南省雷电定位系统2009～2013年的数据,总结出海南省雷电活动的时空分布规律.海南省雷电活动季节差异较为明显,最为活跃的是4～9月.14:00-18:00则是1天24 h中雷电活动最为活跃的时间段.在雷电活动的空间分布上,北部地区较南部地区更为活跃,内陆地区较沿海地区更为活跃,最为活跃的地区是以澄迈县加乐镇为中心的周边区域.雷电流幅值平均为21.6 kA,幅值在0～ 40kA之间,地闪次数占总地闪次数的86.90％.地闪以负极性居多,负极性地闪占总地闪次数的比例在90％以上.在总结海南省雷电活动的时空分布规律的基础上,还分析了雷电活动的分布规律对电网的设计、调度运行等方面的影响,并总结了海南省防雷计算有关的雷电参数,对海南电网防雷工作的开展具有重要意义.     

雷电定位系统反演地闪回击电流的准确度受回击速度取值的影响

目前国内外广域雷电定位系统在反演地闪回击电流时,一般设定回击速度为1×10~8 m/s至2×10~8 m/s之间的某一固定值,该文探讨了这种取值方式对回击电流反演准确度的影响。首先,介绍了利用雷电定位系统反演地闪回击电流的方法,分析了地闪回击速度对雷电定位系统反演回击电流的重要影响。其次,基于Lundholm等人提出的负极性回击电流与回击速度之间的关系式,分析了对于负极性首次回击,25 kA以下回击电流可能被低估,160 kA以上回击电流可能被高估;对于负极性后续回击,5 kA以下回击电流可能被低估,32 kA以上回击电流可能被高估。然后,回顾和总结了4种回击(负极性首次回击、负极性后续回击、正极性首次回击和正极性后续回击)的速度观测结果,认为在雷电定位系统中有必要区别对待各种类型的回击来进行回击电流的反演。最后,从个例角度比较了中国电网雷电地闪定位系统反演回击电流与人工引雷和输电铁塔实测回击电流;基于2012—2019年在武汉获取的大样本数据,对比了系统反演回击电流的累积概率分布曲线和IEEE推荐的曲线。结果表明,总体上中国电网雷电定位系统可以较好反演地闪回击电流,对于负地闪后续回击可能存在一定程度高估,这可能与系统设置的回击速度比实际偏小有关。