关于雷电定位系统的原理与应用研究
1、研究背景
湖南是一个多雷省份，通常年雷暴日数在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，线路雷击事故增多 ，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。
2、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,φ，θ，t)和b(r,φ，θ，t)。
图1 回击的电磁场计算模型
1.2 对地落雷波形判据
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≤0.25
上升时间t1≤20μs 次 峰up2≤1.20
持续时间t2≥40μs 过 冲up3/up≤1.30
图2 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(toa)。近几年发展了综合利用df和toa的复合定位方法。
1.3.1 定向定位
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
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