深圳市气象观测梯度塔雷电流测量配置及初步结果

深圳市气象观测梯度塔自然闪电观测平台开展雷电流采集系统、高速摄像系统、大气平均电场测量、磁场测量、快慢电场测量等多要素的观测实验。主要介绍雷电流测量配置及前期测量遇到的问题,并提出了对采集系统进行浮地处理以及针对雷电测量设计的防护隔离解决方案,初步分析了测量结果、具体分析了雷电流C20170504-1的波形特征,指出该次自然雷击电流陡度较大且继后回击强度显著高于IEC62305给出的防雷设计的雷电流参数值。     

基于ATP-EMTP的F-D模型残压误差模拟分析

金属氧化物压敏电阻(MOV)在防止电力系统免受雷电过电压侵扰时起至关重要的作用。文中基于MOV仿真模型IEEE模型,建立了一种新的MOV仿真模型F-D模型,并利用ATP-EMTP电磁暂态仿真软件进行仿真模拟,进而对比分析IEEE模型和F-D模型在残压误差上的优缺点。相比于IEEE模型,在波形为8/20μs和峰值为10 kA的雷电电流冲击下,FD模型能更好地再现雷电电流冲击后的残压值。F-D模型中的电感参数对仿真结果影响较大,其值与残压误差值呈负相关关系。在波形为8/20μs和峰值分别为5、7、10 kA的雷电电流冲击下,优化后的F-D模型残压误差均可忽略不计,因此优化后的F-D模型能很好地反映出实际的MOV动作特性。     

RS-232端口光电隔离型电涌保护器

根据气体放电管和瞬态抑制二极管的保护特性,合理选择退耦元件参数,实现多级SPD间的能量配合,并结合光纤的保护性能设计RS-232接口的保护电路.最后利用雷电冲击试验平台LST-6kV/3 kA、ICGS冲击平台以及DF1641C函数发生器对保护电路进行实验,以验证设计的方案.实验结果表明:在加上保护器件后,通信端口的抗雷电过压能力得到了很大的提高,并且加入该保护电路以后基本不会对原电路产生插入损耗.     

基于天线接收原理雷电流监测方法的研究

针对天线耦合雷电电磁波信号频谱及能量不准确的问题,利用实验和理论相结合的方法,建立天线接收雷电电磁波信号的等效电路,分析雷电电磁波信号的频谱和能量分布规律,提出一种用宽带天线监测雷电流的方法,通过测量雷电辐射源的电磁脉冲在宽带天线上耦合的电压幅值和能量幅值推算雷电流值的大小及其变化趋势.结果表明：宽带天线能准确地监测雷电电磁脉冲和雷电电流值以及它们的变化趋势.实验结果和理论分析结论基本吻合.研究结果对雷电监测预警系统的改进和雷电参数及其活动规律的研究具有指导意义.     

低压配电线路直击雷过电压暂态分析

利用电磁暂态仿真软件ATP-EMTP建立直击雷过电压仿真模型,模拟雷电流直接击中导线和击中杆塔情况下产生过电压的过程,分析了绝缘子闪络电压、杆塔冲击接地电阻以及导线悬挂高度等影响低压配电线路直击雷耐雷水平的因素,提出了提高低压配电线路耐雷水平的防护措施。     

模拟雷电流冲击金属材料的金相组织分析

金相组织分析是雷电灾害鉴定的重要方法之一.通过模拟雷电流冲击的不同金属材料试验,并对其冲击材料进行金相组织分析,重点从材料微观结构变化研究雷电流对金属材料的影响.结果表明:模拟雷电流冲击后的金属材料其金相组织结构发生明显变化(缺陷增多);不同金属材料冲击后内部金相组织结构变化有明显差异;相同材质的金属材料冲击后,其金相组织结构变化幅度与其截面积大小成反比.     

高分辨中尺度雷电预报模式GRAPES_LM的建立及其初步应用试验

为了探索雷电天气的数值预报新方法,在高分辨GRAPES_Meso中尺度预报模式中添加了各种水成物电荷密度预报方程组,同时从传统基于云模式的三维雷电模式中剥离出起电过程和放电过程参数化方案,作为中尺度模式的一种物理过程参数化方案嵌套进中尺度模式,使得整套中尺度模式包含了大气动力、雷电过程及各种物理过程,建立了大气动力-物理过程和雷电过程一体化的数值预报模式GRAPES_LM,建立的GRAPES_LM模式包含了多种复杂的微物理过程参数化方案,其中,包括中国气象科学研究院开发研制的双参数对流云参数化方案;包含了霰/雹与冰晶/雪晶碰撞回弹的非感应起电、霰/雹与云滴碰撞的感应起电及霰碰撞大云滴造成冰晶繁生的次生冰晶起电3种起电参数化方案以及最新的随机双向放电参数化。并利用美国CCOPE观测试验中的个例观测资料(1981年7月19日),进行了初步应用模拟试验,对模式的雷电数值预报的可行性进行了验证分析。结果表明,高分辨率GRAPES_LM模式对1981年7月19日的雷电过程个例做出了成功的模拟预报,较好地给出了雷暴云的动力、微物理和电过程的时空演变,雷电天气数值预报新方法的可行性得到了初步验证。     

雷电计数器误差分析及回击脉冲识别研究

研究了实际地闪过程中三种放电脉冲的形成机理及电流参量,在此基础上结合雷电计数器工作原理分析了计数误差的来源,指出峰值较大的M分量脉冲是导致计数结果偏高的主要原因。通过大量的自然雷电及人工引雷测量数据对比研究,提出通过计算脉冲波头陡度识别有效计数信号的方法,将0.8kA/μs作为判断脉冲类型的特征值,为研制能够测量具有科学意义计数结果的雷电计数器提供设计依据。     

雷电电磁辐射脉冲的GPS多站同步系统

利用全球卫星定位导航系统GPS(GlobalPositioningSystem)的秒脉冲信号PPS(PulsePerSec ond)与高精度时钟电路同步,实现了雷电电磁辐射脉冲测量时的多站同步,解决了因晶体振荡频率漂移造成高精度时钟计数误差的难点,同步精度达到±50ns。文中介绍了该系统的组成及原理,野外的初步观测得到了多站雷电观测的同步资料,证实了该同步系统的可靠性。     

雷电监测预警系统在青岛地区试验结果分析

根据山东青岛地区的雷电活动特征,采用综合的雷电预警方案,基于地理信息(GIS)技术,青岛市气象局和南京信息工程大学联合开发了一套雷电监测预警系统(NUIST-LMWS)。功能包括雷电活动的实时监测、0～1h4个不同时间段的雷电临近预警,以及历史资料的查询和数据库管理等。该系统在2008年北京奥运会青岛奥帆赛区进行了初步试运行,并提供雷电预警服务。对该系统试运行期间的3次预警结果分析表明,系统对未来15min的雷电预警情况较好,说明预警系统在业务应用中具有较好的应用潜力。     

四川省雷电潜势预报系统及其检验分析

四川省雷电潜势预报系统从2007年7月投入运行,在运行期间我们以2008—2011年的四川省闪电定位系统监测数据为检验样本,采用TS评分体系对预报的正确性进行了验证。验证结果表明,四川省雷电潜势预报系统在四川省具有较好的预报效果。同时,在验证过程中,对四川省雷电潜势预报系统不断进行改进,从而达到完善雷电潜势预报系统的目的。     

新型人工引雷专用火箭及其首次引雷实验结果

成功研制了一种新型的人工引雷专用火箭, 火箭箭体结构采用了新型复合材料, 质量轻, 并具有空中抛伞和放线功能。利用新型火箭和全新的雷电流及同步电磁场测量技术, 在2009年的山东人工引雷实验 (SHATLE2009) 中成功引发负极性云对地放电过程3次, 共包括6次大电流回击过程, 采用0.5 mΩ的大功率同轴分流器和宽带光纤传输技术测量到了0.1 μs时间分辨率的雷电流波形、以及距雷电通道30 m、60 m和480 m处的电磁场和6000 f/s的高速摄像观测资料。6次回击的电流峰值分布范围为11.2～16.3 kA, 几何平均值12.8 kA; 半峰值宽度为7.4～34.9 μs, 几何平均值21.6 μs; 10%～90%峰值的上升时间为0.5～1.4 μs, 几何平均值1.0 μs。成功的人工引发雷电实验证明新型引雷火箭安全性能好、可靠性高, 其成功研制为雷电物理过程和效应的研究, 以及雷电流波形资料的积累提供了重要的技术手段, 对制定具有我国自主知识产权的雷电防护标准等具有重要的应用价值。     

雷电计数器误差分析及回击脉冲识别研究雷电计数器误差分析及回击脉冲识别研究

研究了实际地闪过程中三种放电脉冲的形成机理及电流参量,在此基础上结合雷电计数器工作原理分析了计数误差的来源,指出峰值较大的M 分量脉冲是导致计数结果偏高的主要原因。通过大量的自然雷电及人工引雷测量数据对比研究,提出通过计算脉冲波头陡度识别有效计数信号的方法,将0.8kA/μs作为判断脉冲类型的特征值,为研制能够测量具有科学意义计数结果的雷电计数器提供设计依据。
 

     

雷电防护系统工程初探

列举了目前雷电防护缺乏系统工程观念的现象,对雷电防护系统工程进行了初步探讨,并提出了相关建议.     

电感在两级电涌保护器设计中的应用

介绍了雷电波在遇到串联电感时,不同的时刻折、反射系数会发生变化,雷电波通过它们时将发生波形的改变.雷电波的陡度降低,雷电波的电压幅值也相应降低.根据这一原理,利用ICGS冲击平台进行大规模的试验,通过对实验数据进行对比分析,提出在多级电涌保护器的设计中,采用串联电感的方法可以降低电涌保护器的残压,相对地增加SPD的承受能力,提高电涌保护器的保护效果,对电力系统的防雷保护具有重要意义.     

卡尔曼滤波器在球杆系统噪声抑制中的应用

建立球杆系统模型并分析系统中噪声,采用卡尔曼滤波器来克服球杆系统中的测量噪声和控制噪声对控制性能的影响,并在ＭＡＴＬＡＢ环境下进行对比仿真实验,验证了滤波器对噪声的有效抑制作用．     

输电线路杆塔接地装置冲击特性的模拟原理

降低输电线路杆塔接地装置的冲击接地电阻是减少输电线路雷电故障的一个有效方法。本文用电磁场理论和相似理论推导了杆塔接地装置冲击特性的模拟原理，得出了用模拟试验的方法研究接地装置的冲击特性时各相关量之间的模拟比例关系和火花放电效应的模拟准则。在一套复杂的模拟试验系统中得到的模拟试验结果与真型试验结果吻合得较好。     

雷电监测预警系统的原理及应用

本文讨论了有关雷电的基本知识，列举了目前存在的各种雷电定位方法，分析了雷电定位的几个过程。对近期引进VAISALA公司的SAFIR3000型雷电监测预警系统采用的探测原理做了分析，并总结了这套探测系统采用的VHF干涉测量原理特点及不足之处。     

直击雷情况下建筑物内部电磁环境评估方法探讨与实践

雷电电磁脉冲是当前造成雷电灾害的主要原因之一,雷电电磁环境评估对其防护有着重要的作用。目前现有的雷击电磁场仿真软件等存在硬件要求高、建模复杂、运算时间长等问题,难以广泛的运用于防雷管理部门日常业务中。为解决这一问题,文章拟讨论一种快速、有效的针对直击雷情况下雷电电磁环境评估的方法,并能应用于实践中。基于时域有限差分法(FDTD),建立了直击雷情况下建筑物雷电电磁环境评估的模型,并通过某地铁站工程实例的应用,给出了可靠的评估结果,证明了FDTD在建筑物电磁环境评估中应用的可行性。     

基于DBSCAN与网格搜索的雷电定位算法

定位精度是评价雷电定位网络的重要指标之一,定位算法直接影响雷电探测结果的精度。雷电监测系统探测数据误差不可避免,传统定位算法不具备抗误差干扰能力,迭代计算易发散,定位结果精度不高。为了满足实际应用需求,提出一种新的雷电定位算法DG-LLA（DBSCAN and grid-search lighting location algorithm）,在定位计算中引入DBSCAN（density-based spatial clustering of applications with noise）方法与网格搜索方法。通过仿真与国家雷电监测网实际定位结果对比分析定位算法性能。结果表明:到达时间差（time difference of arrival,TDOA）法和Taylor级数展开法定位误差较大,仿真区域的均方根误差分别为982 m和668 m;定位中引入DBSCAN方法后,均方根误差明显减小为406 m,引入DBSCAN方法和网格搜索方法后,均方根误差减小为349 m;在相同回击数据条件下,算法DG-LLA与国家雷电监测网相比定位数量更多,回击数据的利用率从43.4%提升到51.5%,新增定位结果周围雷达回波特征较强,定位精度更高。