广东省中部地区雷暴团特征的初步分析

基于DBSCAN聚类算法,利用2016—2018年的粤港澳闪电定位资料,综合考虑了雷暴团的面积、闪电频次、平均电流以及闪电的最大放电电流等指标,提出了一种雷暴强度指数定义及分级方法。

2008—2014年广东人工触发闪电电流特征

闪电电流数据对雷电物理研究和雷电防护设计有重要参考价值,相比自然闪电电流难以直接精确测量,人工触发闪电技术是获得精确可靠雷电流信息的有效途径。为此,统计分析了2008—2014年广东野外雷电综合观测试验39次人工触发闪电中测量得到的106次回击(RS)、70次连续电流(CC)、374次M分量、32次初始连续电流(ICC)以及528次初始连续电流脉冲(ICCP),并和国内外相关结果进行了对比。给出了人工触发闪电各个子放电过程的详细电流特征,包括几何平均值、上升沿时间、上升沿陡度、半峰值宽度、转移电荷等。比较结果表明:广东试验测得回击峰值电流的几何平均值强于加拿大CN塔上行负极性闪电;相比Florida人工触发闪电,广东试验测得ICC转移电荷量更大,平均电流强度更强,但持续时间接近,典型参数特征的统计结果在同一量级;高建筑物上行闪电的ICC脉冲具有更大的电流幅度、更短上升时间、更短的半峰宽度以及持续时间。试验结果显示:M分量幅值是ICC脉冲的3倍,上升时间和半峰宽约为ICC脉冲的1/2,且转移电荷量高于ICC脉冲;存在部分M分量,相比通常的M分量和ICCP,它们幅值较大、上升时间较短、半峰值宽度较窄、转移电荷量较大。

广东野外雷电综合观测试验十年进展

雷电野外科学试验是认识雷电发生、发展物理过程及其致灾机理的重要途径,也是开展真实雷电电磁环境下雷电防护技术测试的重要方式。自2006年开始,中国气象科学研究院和广东省气象局在广州野外雷电试验基地,持续合作开展了雷电野外综合观测试验,在人工触发闪电和自然闪电物理过程及其雷电防护技术测试试验等方面取得了若干研究结果。十年期间共成功触发闪电94次,回击电流峰值最大值为42 kA,平均值为16 kA;分析给出了自然闪电预击穿过程电场变化脉冲特征类型和差异;观测发现高建筑物上行连接先导可达几百米甚至超过1 km,其发展速度可达106 m/s量级,下行先导与上行连接先导的连接呈多样性;雷电防护技术测试试验表明人工触发闪电近距离电磁场耦合在架空线路上的感应电压达到千伏量级,多回击、长连续电流和地电位抬升是造成浪涌保护器(SPD)损害的主要因素;闪电定位系统探测性能的评估结果显示粤港澳闪电定位系统的闪电和回击的探测效率分别为96%和89%,定位误差算术平均值为532 m,回击电流强度的估算值约为真实值的0.63倍。

火箭引雷至架空线路与地面电流对比分析

2018—2019年夏季在广州从化开展了火箭引雷试验,雷击对象分为两种,分别是架空线路和地面。对比了两种引雷情况下各阶段雷电流的电流波形参数的差异,发现引雷至地面情况下初始阶段的最大电流、平均电流、转移电荷、作用积分分别是引雷至架空线路情况下的2.8、2.4、2.0、5.3倍。引雷至地面情况下回击的上升时间几何均值为0.25μs,小于引雷至线路情况下的0.60μs,而对于电流峰值等其他回击波形参数而言,差异不明显。M分量与初始连续电流脉冲类似,引雷至线路情况下的电流峰值、转移电荷、连续电流水平均小于引雷至地面情况下的。基于诺顿电流源等效电路模型分析两种引雷情况下雷电流不同阶段存在差异的原因,可能是雷电在不同电流阶段时其通道等效阻抗不一样所导致的。

触发闪电环境下地网冲击接地电阻特征分析

基于触发闪电技术,研究了2019年夏季8次触发闪电44次回击、5次初始连续电流脉冲(ICCP)和24次M分量对冲击接地电阻的影响,探索了冲击接地电阻随雷电流注入的动态变化规律。结果发现:闪电放电ICCP、M分量和回击过程冲击接地电阻均小于工频接地电阻,ICCP和叠加在回击回落之后连续电流上的M分量冲击接地电阻略大于回击过程,平均值分别为11.2Ω和10.8Ω。叠加在回击下降沿上的M分量冲击接地电阻平均值7.8Ω,明显小于回击过程,最小值可达2.4Ω。ICCP和M分量冲击接地电阻随电流增加而减小,回击过程与电流峰值没有明显的相关性。叠加在回击下降沿上的M分量冲击接地电阻随雷电流峰值、背景电流值的增加呈指数衰减关系,还与之前回击电流峰值成一定的反比例关系。随着闪电回击电流的注入,冲击接地电阻呈现动态变化过程,小电流在回击峰值下降后出现一个缓慢增长的过程,大电流在回击峰值下降后出现一个快速下降的过程。闪电不同物理过程火花和电感效应的作用是不同的,两者共同作用决定了土壤的电离程度,从而决定了冲击接地电阻的大小和变化。

标准雷电波形的频谱分析及其应用

标准雷电波频谱分析可以获悉其电压、电流在不同频段的振幅、能量等分布,为防雷器件和电子设备的标准波形冲击试验以及基层雷电防护工作提供技术参考。选取常用的8/20(μs)、10/350(μs)波形、后续雷击0.25/100(μs)波形和国家标准推荐雷电试验波形(10/200、4/300、1.2/50、10/700(μs)),通过连续傅立叶变换计算了不同波形的振幅、能量的频谱变化,并与自然闪电辐射场的频谱进行了比较。结果表明雷电电流波形的振幅和能量主要集中在低频部分,振幅频谱主要集中在1MHz以下,能量主要集中在几kHz到几百kHz;半峰值时间t2是雷电波振幅和能量频谱分布的主要因素,t2的大小决定了低频部分的谐波丰富程度。这些结论在雷电防护设计和应用中起到一定的参考作用。

人工触发闪电引发的低压电源系统过电压特征

针对全国自动气象站采集器屡遭雷击致使不能正常业务运行的现象,开展了自动气象站电子设备电源系统雷电防护试验。利用人工触发闪电技术,对自动气象站采集器电源线路感应过电压进行了观测,对雷击造成的感应效应和采集器等电子设备的雷电防护关键技术进行了探讨。分析了多回击触发闪电引起输电线路的感应过电压特征、浪涌保护器(SPD)残压特征以及与触发闪电之间的关系。结果表明:近距离触发闪电的回击过程在架空线路上产生峰值达十几kV的双极性感应过电压,过电压可分为主峰值段和后续过电压两个阶段,其平均持续时间分别约100μs和4 ms,后续过电压持续时间与回击后连续电流的波动有关;在人工触发闪电的初始连续电流阶段也能感应>2 kV的过电压,且持续时间较长,过电压集中段时间约12 ms,平均电压332.5 V,其对输电线路造成的危害也不容忽视。SPD残压峰值与触发闪电电流峰值有较好的正相关关系,相关系数为0.86,SPD残压特性稳定,在一定程度上起到了限压泄流的作用。

配线接地雷电感应过电压特征分析

为了解架空配电线路雷电感应过电压特征,以及穿过金属管埋地的防护措施对入侵过电压的实际衰减作用,对自然闪电发生时穿过金属管埋地前后的过电压波形进行了观测和分析。观测表明,穿过金属管埋地约50 m后过电压的波形特征基本没有变化,但其幅值有了一定的衰减。衰减效能主要与闪电的距离有关,当闪电离观测点距离约1 km时,衰减比例约20%。衰减比例随着距离的增加而降低,3～7 km的闪电衰减比例平均约为6%,衰减比例还与闪电不同的方位有关。

江南汛期降水基本气候特征及其与海温异常关系初探

分析了江南汛期降水异常的基本气候特征。指出:雨季开始于3月,雨量集中于春末夏初(4～6月),是中国东部雨季开始和结束均最早的地区。江南汛期降水近50年来略有减少的趋势。影响江南汛期降水的海温异常关键区位于9～1°S,121～129°E,关键影响时段为前一年的5～7月。长时间的海气相互作用使前期的海温异常影响了后期的大气环流,导致江南地区次年汛期的降水异常。

广州市雷暴日异常的基本气候特征及其与近海海温关系初探

分析了广州市雷暴日变化的基本气候特征。结果表明:广州市雷暴日主要集中在5～8月,占全年雷暴日总量的71.38%,雷暴日的季节分布具有双峰型的特征。近48年以来广州市雷暴日呈明显的下降趋势。广州市5～8月的雷暴日与同期850hPa大气环流的关系:多雷暴年整个亚洲中纬地区(35N)有明显的偏西风距平,南海及广东以及向北延伸的广大地区的西南及偏南气流盛行,少雷暴年则刚好相反。与近海海温做了简单的相关分析,得出:广州市雷暴日与前期4～6月印尼附近西太平洋海温呈负相关的变化趋势。

一次连接过程另辟新径的触发闪电特征分析

利用0.1μs时间分辨率的快天线电场变化仪、5000帖/s的高速摄像机等仪器设备所观测的资料,对发生在从化夏季人工引雷试验中一次连接过程另辟新径的触发闪电个例进行了分析。结果表明:下行直窜先导和上行连接先导在另辟新径的拐点处连接并产生回击,连接点位于风杆的斜上方8m处,上、下先导连接的速度估算约为40和780km/s,闪电F120605连接过程另辟新径产生的原因与原电离通道倾斜、风杆较高及回击电流强度较大有直接关系。连接后出现间隔约1ms的双回击电场,认为是由同一闪电间隔较短的两组先导-回击序列所产生,它的产生与连接过程另辟新径有很大的关系。

海南文昌地区夏季雷暴地面电场观测及分析

为了了解海南文昌地区雷暴电环境的基本特征,利用安装于距地面3.5 m楼顶的大气电场仪和雨量资料,分析了文昌夏季阵性降水对应不同类型的电场特征、单体雷暴活动电场演变规律及降水和闪电之间的关系。通过分析发现过观测场顶部无闪电的阵性降水过程地面电场极值较小,电场和降水基本呈现反向同步的变化特征。过顶单体雷暴在闪电发生前,地面电场提前产生扰动,明显的扰动一般提前于电场过零点约15～30分钟,第1次闪电发生一般提前于降水20～30分钟。统计多次较强单体雷暴过程发现,阵性降水之前和降水过程中闪电比较密集,降水后期闪电较少发生,降水强度和闪电频次有一定的正比例关系。典型单体雷暴进入衰退期电场变化呈现出较为明显的阻尼振荡(EOSO)。

两次仅有连续电流的负极性人工引发雷电特征分析

对2006年8月28日在广州从化人工引发的两次雷电(F184626和F185503)的特征进行了分析。这两次触发闪电都是经典负极性慢型放电过程,整个放电过程仅有连续电流没有回击,但连续电流过程中包含有多个M分量。两次过程触发时地面电场分别为-6.1kV/m和-8.2kV/m,触发高度分别约336m和244m。资料分析表明,两次人工引发雷电形成稳定上行正先导之前,出现多次明显的双极性脉冲,脉冲间隔平均值分别为18.12ms和16.64ms;在上行正先导产生初始阶段出现明显的阶梯特性,梯级先导脉冲的平均间隔分别为20μs和24μs,总持续时间都约为250μs,脉冲的宽度约1μs。8月28日的两次触发闪电与以往北方正极性的慢型放电过程相比有连续电流持续时间较长等特征。

初始长连续电流引起的地电位抬升和SPD损坏

在电子电气系统接地领域,地电位抬升对电子设备的破坏效应一直是人们关注的焦点.基于触发闪电技术,开展了地网地电位抬升冲击电涌保护器(surge protective device,SPD)的观测试验,重点分析了触发闪电初始长连续电流过程对SPD的冲击和损坏效应.结果发现,触发闪电注入地网后,闪电的初始长连续电流和继后回击的共同作用下很容易造成额定通流量的SPD损坏,当流经SPD的能量累积达到一定程度时仅初始长连续电流过程也会损坏SPD;冲击SPD的效应与初始长连续电流过程的不同的波形密切相关,当长连续电流过程叠加上升沿较快幅值较大的初始连续电流脉冲(ICCP,initial continuous current pulse)时,流经SPD的能量会迅速增加,是长连续电流过程中SPD损坏的最为关键因子.个例分析发现,当初始长连续电流过程持续时间和平均电流量级达到100 ms和200 A左右,泄放电量为25 C,流经SPD的能量达1000 J左右,易造成标称放电电流20 kA甚至更高的SPD损坏.

一次触发闪电地电位抬升引发的氧化锌电涌保护器损坏事件分析

基于触发闪电开展了电流注入地网后地电位抬升反击氧化锌电涌保护器的试验研究。结合真实雷电环境下测量的电涌保护器两端残压和流经电流的数据,对一次触发闪电引发的氧化锌电涌保护器损坏事件进行了分析。分析发现,电流注入地网后,回击过程瞬间的大能量和长连续电流过程累积的能量相互叠加共同作用损坏了氧化锌电涌保护器。回击发生时,较大的地电位抬升反击特别是电压的快速上升阶段,氧化锌电涌保护器内部半导体结构(晶界层或晶粒)很容易遭到局部破坏,形成穿孔,电压波沿着破坏的晶界层“漏洞”迅速通过,氧化锌电阻片失去钳制作用,而当电压缓慢下降时,电压在氧化锌电涌保护器内部晶界层的分布趋于均匀,没有损坏的晶界结构又恢复了氧化锌电涌保护器的钳制功能。长连续电流过程形成的残压较小,但其持续时间很长,可达几十甚至上百毫秒,事件中多次致使SPD钳制功能的失效。4次回击过程地电位抬升反击流经氧化锌电涌保护器的电流峰值最大为7.1 kA,平均值5.4 kA,占触发闪电注入电流的28.9%。流经SPD的电量范围0.15~0.58 C,平均值0.44 C,其值大于8/20μs标称放电电流20 kA单脉冲释放的电量(0.37 C)。

雷击高层建筑物引起的磁场分布模拟研究

基于时域有限差分算法,建立了雷击建筑物引起的磁场计算模型,模拟分析了雷击一栋建筑阳角或梯屋时在各楼层电井处磁场强度以及磁场的分布规律,为雷电电磁防护提供参考。结果表明:1)楼层越高,雷电磁场不一定越强,21至31层楼电井处磁场强度随楼层升高先减小再快速增大,这与周围引下线所承载电流以及均压环的屏蔽作用有关。2)各层楼中心位置受雷电磁场的影响较小,而楼角区域磁场强度较大。在建筑外部楼夹角位置由于磁场的汇聚和反射,也存在较强磁场。另外,低楼层相对高楼层具有较均匀的磁场分布。3)雷击位置是影响磁场的重要因素。与雷击阳角相比,雷击梯屋时电井处磁场强度随楼层升高变化趋势基本一致,但幅值相对较小,雷电防护应考虑多个雷击位置中引起磁场强度最大的情况。

网络通信能量资源优化调度仿真研究

对网络通信能量资源进行调度优化的过程中,由于资源的多样性,异构性,自治性的特点,使得执行所需能量与时间容易出现关联性低的情况,传统的资源调度算法,能量消耗与时间消耗值由于低关联性的干扰,取值不明确,导致资源利用率低,无法有效实现资源调度。提出一种基于时间尺度分析的网络通信能量资源调度算法,分析网络通信能量资源调度问题描述,给出了时间消耗子模型。引入一个代价函数,用于描述任务由资源执行所需的能量消耗与时间消耗的总和。通过MQoS向量可对一个服务资源的物质属性与社会属性进行描述,实现云计算网络空间资源的描述。对资源向量矩阵进行归一化处理,获取规范化矩阵。对各维QoS指标设置权值,依据云计算用户服务需求的异构性,进一步细分成欧氏距离算法。仿真结果表明,所提算法具有很高的调度优越性。

多变量约束控制及其在大型催化裂化装置中的应用

介绍多变量约束控制（Ｍｕｌｔｉｖａｒｉａｂｌｅ Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｅｄ Ｃｏｎｔｒｏｌ， ＭＣＣ）软件包的整体框架和主要功能，并阐述了ＭＣＣ的控制和优化策略．完整的ＭＣＣ软件包除核心组件——多变量约束预测控制组件外，还包含了模型辨识和数据校正、非线性预测控制、软测量、动态仿真、Ｉ／Ｏ接口、组态、共享数据库驱动、工艺过程动态监控、用户应用程序接口以及历史数据处理等组件．ＭＣＣ技术已成功地应用于一大型催化裂化装置。

向量小波和正交小波尺度函数的设计及证明

文章通过多分辨分析理论和仿酋矢量滤波器组理论,讨论正交小波的存在,提出了组建一系列正交小波数据包的算法,得到了利用小波包组建L2(RC)μ(2￡μ?Z)空间的多种标准正交基的一些方法。

多变量约束控制在大型FCCU装置中的应用(上)——系统构成及功能概述

国家“九·五”重点科技攻关项目“大型催化裂化装置多变量约束控制与优化”在石家庄炼油化工股份有限公司一联合车间催化裂化装置投运成功并通过了国家级技术鉴定。简要介绍了多变量约束控制（ＭＣＣ）与优化系统的构成及功能。