重庆市雷电活动参数统计分析

P 1 I 1 ( )2.6 31
(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)
图 2 雷电流幅值实测值与相关计算公式累计概率分布
如图 2 所示，为重庆市雷电流幅值实测值累计概率分布与上述三公式计算得到的累计概率分 布，明显，重庆市内雷电流幅值与这三个推荐公式的分布均有一定差异，特别是 CIGRE 推荐公 式， 其与实际雷电流幅值相差较大。 相对来说， IEEE 和规程公式虽然与实测值仍然有一定的偏差， 但其变化趋势与实测值基本一致。故本文分别采用 IEEE 和规程推荐公式形式(2)、(4)对雷电流幅 值流区域有变化并不是非常剧烈，仅为缓慢下降，而规程形式 的拟合公式中，其在小电流区域变化显著，使得整体拟合效果不佳。而 IEEE 推荐的拟合公式整 体误差明显较规程法公式小，其拟合公式较好地契合了实际雷电流幅值累计概率分布，特别是在 小电流部分，故其最大误差仅为 2%。因此，较规程法给出的雷电流幅值累计概率分布公式而言， IEEE 推荐的拟合公式更能准确反映出重庆市内雷电流幅值累计概率分布关系。
地闪密度 10.88 ~ 13.55• 8.21 ~ 10.87 5.53 ~ 8.20 2.86 ~ 5.52 0.15 ~ 2.85
图 1 地闪密度分布图
由图 1 可知，重庆市地闪密度较强的区域主要分布于重庆市中部长寿、涪陵和西部大足、荣 昌等区县。其中市内地闪密度最大值达 13.55 次/(km2· a)，位于中部的涪陵地区；地闪密度平均值 为 3.13 次/(km2· a)；地闪密度最小值仅为 0.15 次/(km2· a)，位于东北方向的城口县。按《规程》法 计算重庆市地闪密度估计值为 3.72 次/(km2· a) （按 50 雷电日计） ， 虽然实际雷电定位系统的测量值 较按规程法计算得到的地闪密度平均值要小，但由图 1 可以看出，重庆市内地闪密度地理分布差 异明显，市内地闪密度最大值和地闪密度最小值相差近一个数量级，全市仍然有大面积的区域其 地闪密度值超过规程计算值， 在这些地方， 如按照规程中的地闪密度值来设计输电线路防雷措施， 在线路运行时，耐雷性能可能会远远低于设计标准。 （2）雷电流幅值累计概率分布 雷电流幅值累计概率分布推荐公式，目前，国内外主要有： 1）我国规程法推荐的公式(2)； 2）IEEE 则推荐使用基于 Eriksson 和 Anderson 观测结果的公式(3)[8]；
计的第一步，也是决定地闪密度统计值是否可靠、空间分辨率是否满足差异化防雷要求的关键。 网格选择太小， 会造成雷击点统计值分散性增大[6]。 刘平[7]采用网格法在统计广东省某地区地闪密 度值时发现，在网格大小取值为 0.01° 和 0.003° 时，其地闪密度最大值分别达到了 37.1 次/(km2· a) 和 134.5 次/(km2· a)，明显与实际情况不符。网格选择过大，则其统计得到地闪密度网格难以满足 差异化防雷的要求。文[5]研究表明，统计中采用 0.04° × 0.04° ~0.2° × 0.2° 网格是较为合适的，综合 考虑统计精度和空间分辨率，在本节中将地闪密度统计网格大小设置为 0.05° × 0.05° ，得到重庆市 地闪密度如图 1 所示：
lg P
I 88
(2)
其中，P 表示为雷电流幅值超过 I(kA)的概率。近年来，国内多位学者研究均表明[4, 5]，规程 中推荐的雷电流幅值累计概率分布与实际雷电流分布规律相差较大。而雷电活动其区域化特征较 为明显，故在有条件的地区均应采用最新的雷电定位数据对各自地区的雷电活动情况进行详细的 研究，以指导进一步的输电线路防雷设计和改造。 本文采用重庆市某年雷电定位系统(LLS, lightning location system)所记录的地闪数据，分析和 研究了与输电线路防雷密切相关的地闪密度和雷电流幅值累计概率分布等雷电相关参数。
关键词：雷电定位 雷电参数 地闪密度 雷电流幅值
1. 引言
雷电参数的统计是输电线路耐雷水平评估的基础。按我国 DL/T620—1997《交流电气装置过 电压保护和绝缘配合》规定[1]，线路期望雷击跳闸率与线路走廊地闪密度、雷电流幅值分布有关， 但由于早期雷电测量技术的限制，地闪密度难以通过设备直接测量得到，故规程中建议，可使用 雷电日与地面落雷密度的乘积作为某地区的地闪密度值：
作者简介：李永福(1986-)，男，博士生。2005 年毕业于重庆大学，目前在重庆大学“输配电装备及系统安全与新技术”国家重 点实验室攻读博士学位，主要输电线路防雷的研究。 作者通讯地址：重庆市沙坪坝区沙正街 174 号重庆大学电气工程学院输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室，邮编： 400030，联系电话：13996291691 ，E-mail：cquliyf@ 袁涛(1976-)，男，博士。目前主要从事电力系统过电压及其绝缘配合研究。
P 1 I 1 ( )b a
(3)
lg P
I c
(4)
其中，P 表示雷电流超过 I 的概率，a, b, c 为待拟合参数。 拟合结果如下述公式及图 3 所示：
P 1 I 3.55 1 ( ) 35.47
(5)
lg P
I 41.6
(6)
如图 3 为重庆市内雷电流幅值累计概率分布拟合图，图中累计概率曲线表示由雷电定位数据 得到的累计概率散点图，而规程概率和 IEEE 公式拟合概率分别为公式(4)和公式(3)拟合得到的曲 线图，由于超过 200kA 的雷电流幅值情况较少，故图中只绘制了 0~200kA 范围内各曲线间关系。 由该图可知， 规程法公式(6)给出的累积概率分布在雷电流幅值取值为 0~200kA 时和实际雷电流累 计概率分布均出现了较大的误差，其最大绝对误差甚至达到了 30%，其拟合公式 c 值仅为 41.6， 原因在于，虽然大于 20kA 的雷电流实际幅值累计概率分布曲线与规程形式公式曲线类似，但实
1.0
0.8
0.6
累计概率 规程概率 规程误差 IEEE公式拟合概率 IEEE公式拟合误差
概率(%)
0.4
0.2
0.0 0 50 100 150 200
雷电流幅值(kA)
图 3 雷电流幅值累计概率分布拟合曲线
3. 结论
本文采用重庆雷电定位系统某年地闪数据，分析研究了重庆市内雷电相关参数： 1）重庆市内地闪活动区域性特征较强，不同地区地闪密度值相差较大，市内最大地闪密度 值与最小地闪密度值相差近一个数量级； 2）市内雷电流累计概率分布与规程法推荐公式相差较大，进一步采用 IEEE 公式形式拟合得 到了重庆市内雷电流累计概率分布实测公式。
N g Td
(1)
其中 Ng 为估算的地闪密度；γ 为地面落雷密度；Td 为该地区雷电日。 但由于雷电日采用人工“听声辩雷”方法统计，其值受主观因素影响较大，如人听力范围及 听力敏感度等，而且，由于该雷电日统计方法并不能准确定位地闪产生位置，其得到的雷电日空 间精度较差，难以适应目前差异化防雷的要求[2]。 另外，我国规程中雷电流幅值累积概率分布则使用依据新杭线多年磁钢棒雷电监测结果拟合 得到的公式[3]：
参考文献
1 2 3 4 5 中华人民共和国电力行业标准 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]. 1997. 陈家宏, 郑家松, 冯万兴, 等. 雷电日统计方法[J]. 高电压技术, 2006, 32(11): 115-118. 孙萍. 有关输电线路防雷计算中几个参数取值的建议[J]. 电网技术, 1998, 22(8): 75-78. 李瑞芳, 吴广宁, 曹晓斌, 等. 雷电流幅值概率计算公式[J]. 电工技术学报, 2011, 26(4): 161-167. 陈水明 , 何金良, 曾嵘. 输电线路雷电防护技术研究 ( 一 ):雷电参数 [J]. 高电压技术 , 2009, 35(12): 2903-2909. 6 7 8 陈家宏, 冯万兴, 王海涛, 等. 雷电参数统计方法[J]. 高电压技术, 2007, 33(10): 6-10. 刘平. 基于雷电监测数据的超高压交流输电线路耐雷性能评估[D]. 西南交通大学, 2010. IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines[S]. IEEE Std 1243-1997, 1997.
2. 统计结果