基于架空线雷击概率辅助计算软件的设计研究

输电线路作为电力系统的关键组成部分,保持其安全稳定运行至关重要。据统计,由输电线路故障引起的电力系统事故占多数,做好输电线路的防雷工作对我国经济的持续发展具有重要意义。首先研究了雷电相关参数以及防雷计算的基本方法,对比各算法的优缺点,然后结合环境因素,提出了基于改进电气几何模型法的地区差异化防雷算法。针对不同地形条件,提出了线路绕击跳闸率的计算方法,并使用MATLAB图形用户界面,开发了一款差异化防雷辅助计算软件,可以实现不同电压等级和不同地区年雷击次数、击杆率、耐雷水平、绕击跳闸率、输电线路雷击跳闸率的快速准确计算。

风力发电机叶片姿态与雷击概率关系模拟分析

利用闪电先导二维随机模式对风力发电机遭受雷击情况进行模拟，分析表明：随着下行先导初始位置相对风力发电机水平偏移距离不断增加，雷击风力发电机概率不断减小，偏右500m时减至4％，且雷击部位多为叶片，叶片姿态不同，雷击特点存在一定差异。当风力发电机1号扇叶转动45。时，扇叶上产生的上行先导长度达221m，高于平均值10．3％，且各个扇叶间的竞争关系较明显。对风力发电机叶片姿态不同、偏移下行先导不同距离时的雷击概率进行模拟，得出下行梯级先导相对于风力发电机水平偏右300m以及偏左300m以内时，扇叶处于15°～45°之间遭受的雷击概率略高，而偏右500rn时其雷击概率明显偏高。由整体随机性分析可知，当风力发电机处于15°～45°时，遭受雷击危害的概率相对较大。

输电线路雷击概率及影响因素研究

雷击概率的研究对于有效的防雷、减小雷灾造成的危害有着非常重要的意义。首先分析了雷击的基本物理过程,根据雷击路径与场强最大方向一致的原理,假定场强最大方向为雷击概率较大的方向。在此基础上建立了雷击过程中先导放电阶段上下行先导电场分布的物理模型。分别研究了输电线路高度、所带电压极性、雷击角度几方面的因素对于雷击概率的影响,并得出以上几种因素对雷击概率影响的变化规律。对输电线路防雷工程有一定指导作用。

基于雷电上行先导起始物理机制的风机叶片雷击概率评估模型

风机叶片雷击损伤事故严重威胁风电场正常运行,传统分析方法无法给出叶片表面任意点雷击概率,现有叶片防雷系统设计尚无成熟理论作为指导。该文基于上行先导起始物理机制,提出了风机叶片表面任意位置雷击概率计算方法,建立了风机叶片雷击概率评估模型。考虑不同叶片姿态、下行先导侧面距离、接闪器布置方式等因素,分析了1.5MW典型风机在不同工况下雷击概率分布,并与试验结果相对照,验证了模型的有效性。结果表明：接闪器保护范围随叶片角度变化而变化,呈现不对称的特点,雷电下行先导侧面距离对接闪器保护范围的影响具有方向性,叶尖接闪器的防护效果优于叶身接闪器。该评估模型可为叶片防雷系统优化设计提供理论分析工具。

建筑群中低矮建筑的雷击概率及接闪器设计

研究了建筑群中周边建筑结构的存在对中心低矮建筑物雷击率的影响,利用MATLAB仿真了建筑群周围等势面分布剖面图,采用有限差分方法进行编程,把连续的求解区域用有限个离散点构成的网格来代替,将偏微分方程中的偏导函数用差商形式来表示,通过计算有限个网格节点上的函数,得到整个区域上的近似解。通过IEC经验公式验证了MATLAB仿真图形的研究结果,针对雷击率低的中心低矮建筑提出了采用暗敷避雷带(网)与避雷短针相组合的防雷方式。

基于雷击距模型的风力发电机雷击概率的计算

本文通过分析风力发电机遭受的年平均直击雷频率计算公式,指出其存在的缺陷,并通过对比两种接闪模型,根据雷击距的概念,为风力发电机提供了一个电气-几何模型,用于计算一个已知雷击大地密度区域可能遭受的雷击风险。以一个典型的风力发电机为例,计算被一个负地闪击中的概率,以便更好地对风力发电机的雷击风险进行评估,同时为风力发电场的选址提供一个科学的数据。

地形对于村落雷击概率影响模拟研究

在对中国传统村落名录收录的古村落进行保护规划时,防雷保护是其中重要的一部分。现有的村落防雷保护研究更多侧重于定性的保护方法,对不同地形条件下的村落雷击概率的定量化研究还不多。本研究基于闪电随机模拟的方法,利用Matlab对闪电路径进行模拟,并分别分析村落位于平原、山脚及山谷处的雷击概率。模拟结果显示,平原的村落雷击概率最高,当村落位于山脚时,其雷击概率要比位于平原处小;当村落位于山谷时,其雷击概率比位于山脚处更小。主要原因是:建筑物周边的高大山体对于闪电有截收效应,位于山体周边时建筑雷击概率比平原时降低。模拟结果还显示小尺寸、低高度的建筑物仍然有发生侧击的危险,在农村的防雷保护工作中需加以关注。

基于场强角度的输电线路雷击概率定量评估

在电力系统智能化、信息化以及大规模电力电子器件的使用背景下,雷击对电力系统的影响越来越大。目前电力线路雷击特性的研究中,所用模型存在无法准确反映雷击物理过程的问题。据此,从雷击物理过程出发,分析了以雷击区域面积为核心的概率模型。在此基础上,以雷击过程产生的电场强度为切入点,刻画了输电线路雷击上行和下行模型,建立考虑雷击物理过程的线路雷击概率模型,并对其定量评估。通过传统仿真方法与所提方法进行对比,说明了所提方法的可行性和准确性。

外浮顶油罐雷击起火概率计算

大型外浮顶储罐多次发生雷击起火事故,因此对其安全性做出客观评价,计算雷击起火概率现实意义重大。通过分析雷电对外浮顶油罐的危害方式,利用蒙特卡洛方法结合电气几何模型计算外浮顶油罐年雷击率。分析采用导静电线和可伸缩接地装置(RGA)的防护效果差别。最后计算安装可伸缩接地装置后油罐遭受雷击产生火花放电的年事故率。计算结果表明:年雷击率随着油罐直径和罐壁高度的增大而增加;采用可伸缩接地装置的防护效果明显优于传统导静电线;安装多个可伸缩接地装置可以明显降低产生火花的概率和年事故率。两个RGA就可以将油罐遭受雷击产生火花放电的年事故率降至10^(-5)以下。

风机叶片雷击概率分布仿真计算

针对目前风机防雷设计效果不佳的问题,为提出技术经济最优的接闪器布置方案,需获取准确的风机叶片雷击概率分布特性。拟基于正极性迎面先导起始与发展模型和负极性地闪下行发展模型,结合有限元分析方法,建立风机接闪过程的物理仿真模型,计算不同雷电流幅值下风机不同部位的击距,并提出风机不同部位的接闪面积计算方法,得到典型风机叶片在三种不同角度时不同部位的雷击概率分布。仿真结果发现当单个叶片竖直向下、保持水平以及竖直时向上,在正极性和负极性雷电下,雷电在叶片0~5 m范围内附着的概率分别为89.77%、93.64%、97.09%和92.53%、95.98%、97.99%。三种叶片角度条件下,叶片根部36~40 m范围内,风机的接闪概率小于1%,与风电场实际风机的雷击统计数据进行对比,初步验证了模型的有效性,研究结果拟为风机叶片防雷方案提供指导意见。

黑龙江大兴安岭雷击火概率预测模型研究

结合黑龙江大兴安岭雷击火发生特点及该地区的气象条件,引用加拿大天气指标(FWI)系统,使用2005年至2010年每日的闪电定位数据、天气数据、雷击引发的火灾数据,利用二元Logistic回归模型,采用全部进入法建立回归模型,最后检验分析显示:模型拟合效果较为理想,为预测黑龙江大兴安岭地区雷击火发生概率提供依据。

基于GIS的黑龙江大兴安岭森林雷击火发生概率预测模型

收集2006年至2011年4-10月每日的雷击定位数据、气象数据、可燃物数据及雷击引发的火灾数据,结合黑龙江大兴安岭地区的地形特征及森林雷击火发生的特点,引进加拿大火险天气指标(FWI),拟合出黑龙江大兴安岭林区雷击引发持续闷燃火的概率模型。对该模型进行HL检验,结果表明拟合效果良好,模型拟合精度为55%。2006-2011年每日雷击火发生数量的观测值与预测值的拟合关系为N(观测)=0.8368 N(预测),R2=0.732。基于该模型开发出黑龙江大兴安岭森林雷击火预测系统,系统试运行结果表明,该系统在雷击火高发季节,预测雷击火发生的准确率达31.5%。

基于三维多上行先导模型的高建筑物年雷击次数分析

为提高建筑物安全性,更准确评估建筑物雷击风险,利用三维多上行先导模型模拟雷击建筑物,计算出建筑物的年雷击次数。首先,通过改变模型中建筑物高度,闪电始发位置和闪电强度进行大量模拟,计算出闪电从不同位置始发时建筑物的雷击概率;然后,对建筑物上空一定范围内始发闪电进行总体分析,计算出不同高度建筑物的年雷击次数;最后得出一个利用建筑物高度和闪电强度计算的经验公式。结果表明:模拟得出的结果与观测结果相近,相较于《建筑物防雷设计规范》(GB 50057—2010)以及一些利用二维模型得出的经验公式,在一定程度上更精确的计算了建筑物的年雷击次数。

基于闪电数据的雷击建筑物物理损害概率差异计算

文章采用建筑物、接闪杆、接闪网格的尺寸参数结合闪电数据的方法计算雷击建筑物物理损害概率(PB),结果表明:当接闪杆与建筑物需保护范围边缘距离为某一固定值时,P_B随建筑物高度和接闪杆高度变化呈非线性变化;当接闪杆与建筑物需保护范围边缘距离、接闪杆高度为某一固定值时,PB随建筑物高度增加而明显增大,其中正极性闪电的PB值随建筑物高度的变化更为缓和;当接闪杆与建筑物需保护范围边缘距离、建筑物高度为某一固定值时,PB随接闪杆高度增加并没有明显变化。接闪网格计算的PB值低于IEC 62305推荐值。这样的评估结果更具有科学性、准确性,能够更严格地估计雷电灾害的危险程度。

雷击灾害风险评估中等效截收面积计算方法研究

建筑物等效截收面积的计算直接影响到对该建筑物年预计雷击次数的计算,进而影响到对该建筑物雷击风险评估的准确性。《建筑物防雷设计规范》给出的建筑物等效截收面积的计算方法,适用于高点延伸范围大于低点延伸范围的建筑物等效截收面积的计算,用于计算低点延伸范围大于高点延伸范围的建筑物等效截收面积却不尽合理。鉴于此,提出了优化的计算方法:由建筑物高点和低点计算的等效面积之和,减去滚球法计算出的保护范围面积,得到修正后的等效面积,该方法考虑了中高层建筑的引雷作用,计算结果更接近实际。

光纤复合地线遭受雷击断股问题的探讨

列举了一些典型的光纤复合地线(OPGW)遭受雷击断股的案例,分析了下行雷先导放电过程,提出更改OPGW接地方式以降低OPGW遭受雷击概率的思路,并建议按0.1s(必要时0.15s)校验OPGW热稳定,选择截面合适的全铝包钢OPGW。

融冰风机叶片的接闪特性试验

风力发电机常遭受雷击、覆冰等灾害,严重影响风机正常运行。在叶片上加装电热融冰装置可有效去除叶片覆冰,但对叶片雷击概率以及原有防雷配置(接闪器加引下线)可靠性的影响尚不清晰。为研究融冰装置对叶片接闪特性的影响机理,设计了1:30缩比可旋转的3 MW融冰风机叶片开展长间隙雷击放电试验。试验结果表明雷电先导在叶片迎风面发展时,融冰叶片相比普通叶片更易发生接闪器失效、雷击融冰装置及叶身交界处的现象,最严重情况下接闪器保护效率仅为55%。搭建了融冰叶片电场分布模型,发现融冰装置改变了叶片表面原有电场分布,融冰装置与叶身交界处的电场畸变,更易产生电晕。同时叶片旋转使周围的正电荷以弧形分布,加速了融冰装置上方稳定先导的形成,使其更易遭受雷击,应当加强融冰装置处的雷击防护。所得结果为加强叶片雷击防护与融冰防护的深度结合提供了参考。

雷击多个建筑的三维数值模拟

利用三维先导参数化放电方案,保持方案中的基本参数不变,通过改变闪电随机参数,模拟同一建筑物(群)条件下不同闪电的发展形态,改变2个建筑物的尺寸及间距,得到了不同建筑物(群)条件下不同闪电的数据,研究建筑物特征参数对闪电活动的影响。结果表明,高建筑物对低建筑物存在明显的保护作用,保护概率与建筑物间间距存在负相关线性关系,并存在临界保护距离:高建筑物高300 m,低建筑物高100 m,高低建筑物长宽均为50 m时,临界保护距离约为100 m;高建筑物拐角处能引发更强的电场畸变,从而对低建筑物产生保护作用;在控制其他参数不变的情况下,随着高建筑物高度的增大,保护概率随之增大;建筑物的间距增大,保护概率随之减小。此外,还给出了一个适用于不同建筑物群的雷击保护概率计算公式。

天线阵列雷击风险评估与保护方案研究

为评估设备信息系统的雷击风险,提出了一套计算天线阵列受到直击雷、绕击雷和感应雷等3种情况下年雷击损坏次数和雷击损坏概率的方法,直击雷计算直接采用《建筑物防雷设计规范》(GB50057-1994)中的算法,绕击雷借用输电线路的计算方法,感应雷则通过计算雷电电磁场来算出感应电压。依据该法借助ATP仿真软件评估了某通信基站大线阵列的雷击风险,并给出了一套3级保护方案。

通信基站对周围雷击环境影响

使用江苏省闪电定位仪资料及2012-07-03雷击事故当日卫星和实况资料等,结合规范中相关计算公式综合分析了常州武进某通信基站旁边办公房设备遭雷击损坏的原因,并给出合理的防护建议。