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
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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。