考虑暂态过电压特性的架空输电线路雷击故障时空预警方法

针对运行环境复杂多变,故障率持续居高不下,雷击故障占比较大,并具有随机性与无法预知性的问题,提出考虑暂态过电压特性的架空输电线路雷击故障时空预警方法。深入解析雷击机理与雷电流,确定雷击(感应雷与直击雷)输电线路暂态过电压计算方式,通过小波多分辨率分解算法处理输电线路暂态信号,评估暂态过电压在信号频段中的能量比,识别累计故障,判断雷击点与故障点是否一致,利用单端检测确定雷击点的位置,完成架空输电线路雷击故障的时空预警。实验数据显示,在不同实验组别背景下,当阈值pΔ取值为9.3时,雷击故障识别精度达到最大值92%,雷击点定位精度高达80%。可以获得精准的雷击故障识别结果与雷击点定位结果,充分证实了提出方法具备较好的雷击故障时空预警效果。

大兴安岭林区雷击火成因机理及影响因素研究进展

闪电是雷击火发生的火源,森林雷击火给人类和生态环境带来了巨大损失.本研究从大兴安岭林区雷击火发生的时空规律、引燃机理、影响因素和预测预报等方面,总结梳理了国内外研究进展结合对雷击火高发区域地质背景研究分析,认为地质要素对云-地闪电有重要影响,地质多要素是雷击火发生的重要条件,并对未来研究趋势进行了探讨和展望.

隧道牵引分区所雷击暂态特性及其二次设备电磁兼容研究

牵引供电系统遭受雷击会在分区所内产生过电压与过电流,对分区所开关柜中二次设备产生瞬态电磁干扰,影响其正常运行。文中针对电气化铁路隧道分区所,建立雷击暂态仿真模型,计算了接触网不同位置遭受雷击时分区所的过电压与过电流,建立了27.5 kV开关柜的电磁场有限元仿真模型,分析开关柜中不同区域的瞬态电场、磁场分布。结果表明:雷击接触网会在分区所内产生幅值较大、频率较高的过电压与过电流,在其作用下开关柜低压室瞬态电场可达147.2 V/m、瞬态磁场可达1.3 kA/m,断路器室前壁处瞬态电场可达822.9 kV/m、瞬态磁场可达15.85 kA/m,超过标准规定的幅值,二次设备需要考虑相应的电磁屏蔽措施。论文结果对牵引供电系统雷击过电压/电流防护以及二次设备电磁兼容设计具有参考价值。

基于混合因果逻辑的化工园区雷击储罐风险评估

沿海化工园区的雷击事故时有发生,对园区生产安全构成严重威胁。为评估化工园区雷击储罐引发的Natech事故,提出一种基于混合因果逻辑(HCL)的风险评估方法。首先,采用事件序列图(ESD)和故障树分析法(FTA),定性分析雷击储罐导致Natech事故的演化路径,为阻断事故传递过程提供可视化基础;其次,采用贝叶斯网络(BN)定量解算人因失误概率,评估雷击储罐事故的混合因果关系;最后,采用混合因果逻辑方法,实现可视化解构雷击储罐Natech事故的复杂性和不确定性。研究结果表明:决策失误是人因失误模型的首要风险源;组织氛围、心理状态、工作环境不佳及监管不力是导致人因失误频繁的主要因素;防雷设施有效性缺失是雷击储罐事故链的诱因;降低风险场景的严重性需要重点加强对全液面火灾和池火灾的管控。

含金属簇绒结构CFRP层合板雷击烧蚀防护性能模拟

簇绒技术具有灵活性高、经济性高等优点,研究发现金属簇绒结构能显著改善碳纤维复合材料的机械性能和电气性能。为探究含新型雷击防护金属簇绒结构CFRP(carbon fiber reinforced polymer)层合板在雷击过程中损伤特性,建立不同结构参数下含金属簇绒结构CFRP层合板电-热耦合模型,通过与实验结果对比分析发现,仿真模型的损伤样貌、损伤区域及损伤扩展趋势与实验相吻合,证明了模型的有效性。研究结果表明:含金属簇绒结构CFRP层合板的烧蚀表面积降低至基准件的8.06%;金属丝间距对高电势区域面积和区域形状有影响,金属丝间距对雷击烧蚀面积影响最大。

一种古建筑群的等效雷击截受面积计算方法

为了贯彻“预防为主,防治结合”的科学理念,实现安全可靠、技术先进、经济合理的综合性防雷设计,精确细致的防雷级别判定工作是做好古建筑群防雷保护的重中之重。该文给出一种古建筑群的等效雷击截受面积的计算方法,并以属于省级重点文物保护单位的某古建筑群的防雷级别判定为例,计算古建筑群预计年均受雷击次数,可实现其防雷等级的判定,对古建筑群做一个精确细致的防雷级别判定,为同类古建筑群的防雷等级判定提供参考。

基于MATLAB软件多元线性回归分析的太原市六城区加油站雷击风险评价模型

利用多元线性回归分析方法对所采集的太原市六城区具有代表性的加油站雷击风险数据进行处理,最终得到加油站雷击风险评价模型。该模型对加油站的防雷安全隐患排查及雷电防护设施改进有着非常重要的意义,并为辖区内新建、改建易燃易爆场所的施工规划和选址提供了重要参考,同时为气象部门针对易燃易爆危化场所防雷监管提供了重要的技术依据。

接触网雷击跳闸率的新算法

结合接触网的受雷情况和结构特点建立接触网的雷击模型,分别给出线路遭受直接雷击和感应雷击时接触网的耐雷水平计算公式。基于广义积分法,提出计入感应雷击的计算接触网雷击跳闸率的方法。以常见的复线接触网为例,按照给出的模型和计算方法计算接触网的跳闸率,并将计算结果与实际情况比较。研究结果表明:接触网遭受感应雷击时的耐雷水平较低,因感应雷击造成的接触网雷击跳闸次数占总雷击跳闸次数的31.6%,感应雷击对接触网的跳闸影响是明显的;计入感应雷击计算的总跳闸次数更接近实际运行值。

计算接触网雷击参数的新方法

根据接触网的特点建立雷击悬挂系统的等值电路,提出悬挂系统波阻抗的计算方法。建立雷击回流线时的物理模型和等值电路,得出雷击回流线任意部位时接触网的耐雷水平计算公式。基于等值引雷宽度法和雷击距理论建立接触网的引雷范围模型,提出直接雷击条件下承力索和回流线分别遭受雷击几率的计算方法。对于典型接触网进行计算的结果为：悬挂系统波阻抗为233.8Ω;集中接地方式下的接触网耐雷水平有很大差异（1.25~26.37 kA）,如采用分散接地方式,其耐雷水平将达到26.75~43.69 kA;雷击典型接触网悬挂系统的几率为14%。

配网线路设备雷击故障定位技术研究

为了配电网的运行维护,本文研究了一种基于互相关算法的雷击定位技术,基于标准双指数函数模型、Heidle函数模型,利用PSCAD/EMTDC开展了仿真研究。使用相应算法处理仿真数据,证明此方法可以定位雷击故障点。通过PSCAD软件建立的配电网模型进行仿真研究,在不同位置模拟雷击事件,验证了该算法可以精确定位雷击点,为配电网的维修保养提供技术支持。本研究探讨了基于互相关的雷击定位新方法,为配电系统安全运行提供了一种有效手段。

风电机组叶片雷击风险分布特征分析

随着风电产业的快速发展,风电机组的安全性和可靠性日益受到关注。雷击是风电机组运行过程中常见的自然灾害。阐述了几点防护建议,包括采用高抗雷性材料、优化叶片形状及使用有效的防雷涂层,介绍了几种雷击风险检测方法,通过建立风电机组模型、分析雷击暂态效应、采集与验证实地数据的研究方法,分析了风电机组叶片雷击风险分布特征,以期深入研究风电机组叶片雷击风险的分布特征。

基于电压行波波形特征的柔性直流输电线路雷击识别方法

柔性直流输电系统的线路主保护速动性要求极高,线路受雷击干扰后引入大量高频暂态信号易引发线路保护误动作。针对此问题,首先根据行波的传播规律分析雷击后线路电压行波特征,得出雷击干扰与故障的特征差异。雷击干扰时,暂态过程中电压行波经线路边界反射后波头极性不发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔大。雷击故障时,电压行波经故障点反射后波头极性发生改变,行波波头到达线路边界的时间间隔小。然后,根据电压行波波形特征差异提出长短窗结合的雷击干扰识别方法。最后,利用PSCAD/EMTDC电磁暂态仿真软件对所提方法进行验证。结果表明,所提出的雷击干扰识别方案能够快速、可靠、准确地识别雷击干扰与故障情况,不受雷击位置、线路参数、雷电流参数和噪声的影响。

考虑雷击与浪涌的气象观测数据质量控制方法

针对气象观测中的异常数据检测和校正效率较低的问题,文中基于BP神经网络提出了一套具有误差修正功能的数据质量控制方法。该方法研究了气象观测传感器的理论及布局,分析了异常数据的来源、分类、检测方法。并在此基础上,通过引入BP神经网络的模型及滑动窗口实现了多种气象异常数据的插值与拟合,从而建立了计及雷击、浪涌现象的气象观测数据修正模型。仿真结果表明,与经典的气象数据质控方法相比,基于BP神经网络的数据质控方法具有更高的数据准确度,且修正效率可达80%以上。

雷击故障下的分布式故障监测装置定位精度测试方法

分布式故障监测装置广泛应用于输电线路的故障定位领域,而产品质量参差不齐,部分厂家仅通过行波电流或者工频电流的变化进行故障定位,定位精度存在较大问题。为此,该文提出了一种兼顾行波电流和工频电流模态变化的测试方法。首先,开展了行波电流和工频电流波形的时序逻辑设计,并提出了精度测试的方法。然后,基于仿真和试验方法,对电流探头进行了选型设计。最后,研制了分布式故障监测装置测试系统,并完成了测试精度的影响因素研究。研究结果表明:测试过程中,雷击故障过渡时长小于1个周波,基本实现雷击故障波形时序的复现;电流探头A621和TRCP3000可配合进行测试,基本满足10~1000A行波电流测量的要求;两路雷电流波前时间差范围为1~100μs,实现了故障点位置的随机设定;db1测试精度优于db4,db4小波系数的鲁棒性优于db1,当信噪比大于20dB时,即可满足测试标准的要求。该研究结果可为分布式故障监测装置雷击故障下的定位精度改善提供技术支撑。

黑龙江大兴安岭林区雷击火与人为火发生规律及变化趋势

【目的】对比分析黑龙江大兴安岭林区雷击火与人为火发生规律的差异性变化,为研究区针对性的开展火源管理及合理制定火灾防控政策提供科学依据和参考。【方法】基于研究区1966—2021年间发生的森林火灾数据,按火因归类筛选出雷击火和人为火,通过方差分析、线性拟合等方法对比分析雷击火与人为火在不同时间尺度上的发生差异、规律变化及火灾季的变化趋势。【结果】1966—2021年间研究区共发生森林火灾1887起,其中雷击火932起,人为火503起,占比分别为49.39%和26.66%。雷击火与人为火在发生年份、月份和时段等不同时间尺度上均有显著差异。研究区雷击火数量呈波动增加,而人为火数量呈波动减少的趋势,尤其是1987年之后研究区雷击火数量逐渐高于人为火,但从整体看研究区森林火灾总数变化并不显著。从火灾面积来看,研究区雷击火面积整体呈增加趋势,而人为火和总森林火灾面积呈减少趋势。研究区雷击火集中发生在6、7月份,人为火多发生于4、5月份,且呈现夏季防火期雷击火数量显著增多,但雷击火面积变化并不显著,春季防火期人为火数量和面积显著减少的变化趋势。从发生时段上看,研究区人为火高发时段为10:00—15:00,而雷击火高发期在12:00—17:00。雷击火和人为火在不同时间尺度上的变化差异造成了研究区火灾季节的变动,其中雷击火灾季呈延后扩张的趋势,人为火灾季呈逐渐缩短的趋势,总森林火灾季呈收缩变短的趋势。【结论】受气候变化及防火政策的影响,黑龙江大兴安岭雷击火与人为火之间的发生规律具有明显的差异性,根据不同火灾类型的发生特点和变化趋势,开展针对性的火灾防控工作是有效降低研究区森林火灾风险的必要前提。

一次风力发电机组雷击致灾过程分析

以一次风力发电机组雷击致灾过程为研究对象,通过对该事故雷暴天气的大气环流形势和大气能量、环境温湿度、热力和动力稳定度,以及雷暴云组合反射率、云顶温度、相态微物理条件和闪电电流强度、剩磁场强度等电过程分析提炼了其致灾过程指标。结果表明,本次雷电灾害等级为重大雷电灾害事故,此次致灾雷暴过程雷达回波组合反射率、云顶温度和相态及雷电流幅值的平均强度属于中等强度,而K指数、500和850 hPa的温度差和假相当位温、总指数TT以及中层垂直风切变对此次致灾过程的指示性较好,从剩磁测试、雷电熔痕现场取证可确定其机舱罩起火原因,因此加强风电场雷电监测预警、风险评估等非工程性防雷措施具有重要意义。

多重雷击下线路避雷器氧化锌阀片的劣化特性试验

多重雷击会加速劣化氧化锌阀片,造成阀片的电、热性能急剧下降,不同多重雷击参数下氧化锌阀片的破坏具有显著差异性。为此,开展了不同多重雷击参数对氧化锌阀片劣化特性的研究:首先,搭建了多重雷击试验研究平台,对阀片进行了单重1.0倍额定电流、单重1.5倍额定电流、4重1.0倍额定电流、单重1.5倍额定电流和12重1.0倍额定电流的5种工况冲击试验,测试了阀片的直流参数和温升;其次,分析了多重雷击参数对试验结果的影响,最后对阀片的非线性系数、热应力和破坏形式进行了讨论。结果表明:不同工况下直流参考电压变化均呈“下降—平稳—下降”趋势,4重出现直流参考电压陡降现象,12重出现泄漏电流陡升现象;1.5倍额定电流工况下阀片泄漏电流在前期与标称电流工况的变化幅度相近,后期急剧劣化;非线性系数也存在“下降—平稳—下降”规律,增大冲击重数和幅值会使非线性系数下降趋势增大;冲击重数和幅值增大使阀片外圈处最大热应力增加,阀片外圈出现不同长度的缺块。

全并联AT牵引供电系统雷击故障测距多路径行波算法研究

针对AT变压器和并联结构导致行波传播路径复杂,行波波头性质难以有效识别和行波色散现象,线路频变参数特性导致波速不稳定的问题,提出一种基于多路径行波测距方法。基于上下行电流行波传播的差异性,利用电流相似度识别故障区段。探讨全并联AT牵引网结构对行波传播特性的影响,并对电流、电压行波传播路径进行标定。基于多路径电流、电压行波极性分析,筛选出用于故障测距的多路径行波,以推导出消去波速的测距方程。仿真表明:所提测距方法可以有效识别波头性质,且计算故障距离基本与波速无关,不受牵引网区段长度、结构影响。

高速铁路信号设备通信接口雷击过电压损伤试验研究

本文提出一种关于高速铁路信号设备通信接口雷击过电压损伤检测及判定方法,是对当前高速铁路信号设备通信接口雷击试验及检测方法的优化和完善。首先,对雷电波频谱进行了分析,确定了信号设备通信接口雷击试验波形和检测电路。然后,选取ZPW-2000A轨道电路系统的CAN通信接口器件PCA82C250和编码读取电路的光耦TLP621-4作为试验对象,按电压幅值由低到高分别对其进行雷电冲击试验。试验结果表明:PCA82C250横向雷电冲击损坏电压约为88V,纵向雷电冲击损坏电压约为48V;光耦采集电路中,直接对光耦进行雷电冲击时,雷电冲击损坏电压约为140V;在雷电冲击点与光耦间串入4.7kΩ电阻后,雷电冲击损坏电压约为800V,故增加器件的输入阻抗,可以提高耐雷电冲击水平。最后,讨论分析了信号设备通信接口器件的雷击过电压损伤特性,分析结果表明:信号设备通信接口器件的雷击过电压损伤特性分为3个阶段,即正常阶段、临界损伤阶段和损坏阶段;信号设备通信接口器件存在冲击损坏积累效应,当器件处于临界损伤阶段时,仍可进行数据传输,但输出信号与正常阶段不一致。信号设备通信接口器件雷击过电压损伤检测,应按电压幅值由低到高进行雷电冲击试验,以冲击时是否有击穿现象和通信线上信号电平是否发生异常作为损伤判定的基本依据,并结合相应测试标准等,做出科学准确的判断。

雷击过程中避雷线弧根的滑行运动建模与分析

避雷线(overhead ground wire,OGW)是防止输电导线遭受雷击的重要设备。当OGW遭受雷击时,弧根的滑行运动会导致不一样的损伤机理,因此有必要对弧根的滑行运动进行分析,从而为损伤机理的研究和避雷线的选型设计提供滑行位移的数据支持。首先,文中基于链式建模方法建立了弧根沿着OGW的滑行运动模型,并通过分析电磁力的主要影响范围,缩小了建模的空间边界,从而大幅度减少了计算量;然后,通过实验室内的针-线放电实验对模型进行了验证;最后,基于所建立的模型,对弧根滑行位移的影响因素,包括热浮力、回击电流和持续电流,进行了分析。结果表明,在回击电流的作用下,热浮力的影响可以忽略。弧根的滑行位移与波尾时间成正相关,而与波头时间无关。在持续电流的作用下,热浮力会影响弧根滑行位移的评估结果,最大误差超过了25%。