下载文档原格式
ADTD型闪电定位仪的常见故障分析及维护检修发布时间：2021-06-16T10:55:14.660Z 来源：《探索科学》2021年5月作者：代君梅胡伟阿力艳木·吾甫尔[导读] 雷电是我国许多地区经常出现的气象灾害。
为提升雷电天气的监测以及预报预警水平，为防雷减灾决策的制定提供探测数据指导，我国许多气象站均使用了ADTD型闪电定位仪。
在ADTD型闪电定位仪运行过程中也会面临一些故障问题。
新疆维吾尔自治区库车市气象局代君梅胡伟阿力艳木·吾甫尔 842000摘要：雷电是我国许多地区经常出现的气象灾害。
为提升雷电天气的监测以及预报预警水平，为防雷减灾决策的制定提供探测数据指导，我国许多气象站均使用了ADTD型闪电定位仪。
在ADTD型闪电定位仪运行过程中也会面临一些故障问题。
本文首先介绍了ADTD型闪电定位仪结构、工作原理，并重点分析了ADTD型闪电定位仪的常见故障及维护检修措施，以供同行参考。
关键词：ADTD型闪电定位仪；常见故障；维护检修引言近年来，随着社会的发展以及科技的进步，中国气象事业取得了质的突破。
气象观测业务由传统的人工观测发展到现代化的自动观测形式。
各类现代化气象观测仪器开始在国内各个区域普及使用。
ADTD型闪电定位仪作为一种现代化雷电监测仪器，其能够这将对大范围区域的雷电天气进行检测，可以对雷电出现的精确时间、方向、电流强度以及放电波形特征等相关信息进行记录，大幅提高雷电探测效率、精度，为雷电天气预报预警以及地方防雷减灾工作的开展提供指导[1]。
但是，ADTD型闪电定位仪在运行过程中也会面临一些故障。
为了确保ADTD型闪电定位仪的正常工作，就需要及时对仪器故障进行分析以及维护检修。
本文基于ADTD型闪电定位仪结构特点与运行原理，重点探究了DTD型闪电定位仪的常见故障及维护检修措施。
1ADTD 型闪电定位仪结构及工作原理ADTD 型闪电定位仪包括一个系统中心站、若干探测子站、通信传输设备构成。
基于ADTD的城市与平原不同下垫面状况对闪电特征影响的分析作者：李政范是琪赵涛王小飞来源：《湖北农业科学》2020年第20期摘要：利用湖北省ADTD闪电定位系统记录的江汉平原天门市、仙桃市、潜江市城市下垫面与3个城市外围平原下垫面的地闪数据，通过对地闪数据中闪电频次、闪电极性、闪电幅值、累积概率等闪电特征进行归纳分析对比，从而揭示湖北省内在同一大气环流背景下城市与平原2种不同下垫面状况对闪电具体特征的影响。
结果表明，在同一大气环流背景下，城市与平原下垫面之间同时发生闪电的相关系数较高，因为下垫面特征产生的局部闪电比例较低;城市下垫面对应的正闪电比例高于平原下垫面，但是其正闪平均幅值较低，呈负相关;城市下垫面的闪电幅值分布更加集中，主要在20-35 kA;城市下垫面与平原下垫面相比，雷电流平均幅值大0.91 kA，雷电流累积概率中值电流大0.90 kA，60.0 kA以上的雷电流也表现为城市下垫面更多。
关键词：ADTD;下垫面;闪电特征;湖北省中图分类号：S42;P427.32文献标识码：A文章编号：0439-8114（ 2020） 20-0071-04D01：10.1408 8/j .cnki.issn0439-8114.2020.20.015闪电是云与云之间、云与地之间或者云内部各部位之间的强放电现象。
其中对人类危害最大的主要是云与地之间放电，也叫云地闪。
云地闪可以分为上行先导和下行先导，但是最后雷击点都是在下垫面上，不同下垫面会影响雷击先导，也会对闪电特征产生影响。
此外，下垫面的特征，如不同的地形、地质、土壤和植被等，地形的曲折起伏、植被和土地的利用类型等也会影响下垫面上部边界层的热力和动力过程，进而对天气过程产生不同程度的影响，最后影响到闪电的特征。
关于下垫面对闪电天气过程的影响研究较多，有分析指出，下垫面特性（植被和土壤）的变化影响了地表能量和热通量及对流有效位能[1-3]。
土地利用类型的改变使地表加热产生空间变化从而加强了强对流天气。
基于小波分析的雷电流识别判据的研究【摘要】文章根据相应的仿真，对输电线路的雷电流进行了识别分析，并且采用大量的MATLAB仿真计算验证了该方法的正确性、有效性。
【关键词】超高压输电线路;雷电干扰;频谱分析;小波变换1.引言输电线路保护原理的研究在最初的30年中得到了迅速发展，这些原理均基于工频电气量，统称为传统保护原理。
日本东京电力公司研制成功行波差动保护，其他国家也先后开始了行波保护的研究。
我国于1978年开始行波保护的研究，并于80年代初从瑞典引进2套RALDA型行波保护装置，分别安装在东北500kV 电网（锦辽线）和华中电网（平武线）。
行波保护利用故障初始行波及后续几个反射波包含的故障信息和行波的传播特点，能在极短时间内判定故障[1-2]。
使断路器跳闸，此时实际上已发生了故障。
因此雷电冲击对基于工频量的传统保护影响不大。
在雷电流高频的干扰下，现有的各种暂态保护都可能出现误判。
因此，能否正确识别雷电干扰是行波保护与暂态保护应实用化所必须解决的关键问题之一。
比较雷击前后电流变化量的大小以判断直击雷是否导致线路短路。
但由于行波在母线处的折、反射，即使雷击已经过去，行波过程还将持续一定的时间。
这样就存在未产成故障的雷击虽已过去，但其引起的行波还未消失的可能;而且故障后的行波可能过零，这种方法可能把“过零”看作“雷击前后线路电流变化不大”，从而使保护拒动[3]。
本文对输电线路上的雷击等暂态过程所产生的暂态电流附加分量进行了详细的分析。
给出了相应的判据。
最后MATLAB仿真表明该方案可行，有望进一步解决雷电干扰识别的问题。
2.输电线路的感应雷和直击雷2.1 雷电流的特点雷云放电时，雷电流的波形和幅值与许多因素有关，具有很大的随机性。
广泛实测表明，尽管雷电流的幅值、陡度、波头和波尾各不相同，但都是单极性的脉冲波，并且多次观测所拟合出的曲线近似于一双指数曲线，如图1所示。
雷电流双指数函数表达式为[4]：（1）式中：i0为雷电流的幅值，大小是变化不定的，一般为几千安到几十千安;α、β为波前波尾衰减系数;t为时间。
基于统计分布特征的闪电强度等级划分曾金全;杨超;王颖波;黄榕城;冯真祯;朱彪【摘要】We put forward the definition of lightning intensity based on new assessment criteria by combiningthelightning current amplitude and steepness withdetermined weights and unified dimension,according to their statistical characteristics in the monitoring data of ADTD sys-tems in Fujian Province from 2007 to 2011. The mathematical model of lightning intensity hierarchy was establishedbythe weighted summa-tion method, using the three percentages of 99%, 90%and 10%as the thresholds to separate the lightning intensity ranks as extremely strong, strong, general and weak. The results can directly provide a fairly good reference to business and related decision services including lightning warning and forecast, lightning disaster survey and lightning strike risk assessment.%利用2007—2011年福建省ADTD闪电定位监测数据，选取了雷电流幅值和陡度2个参数作为闪电强度的评价指标，根据其统计特征进行了分析，通过确定权重和统一量纲，将2个参数融合在一起，提出了闪电强度的概念。
1032021年12月上 第23期 总第371期消防安全与防雷减灾China Science & Technology Overview0.引言雷电是产生于积雨云中的一种大气中的长距离放电现象，常常伴随暴雨、冰雹和龙卷等强对流天气，易产生严重的灾害事故。
雷击的危害方式主要表现为直击闪电时引起的机械效应、热效应、电效应，雷电产生的感应场还会引起电磁脉冲、静电感应和雷电反击等，究其原因都是由雷电流引起的。
同时，在雷电防护设计中同样需要雷电流参数作为依据。
天津地区年平均雷暴日为28.4d，属中雷区，整体呈北多南少的分布特征，雷电灾害发生较频繁，易产生较为严重的经济损失和人员伤亡。
目前国内外关于闪电强度的研究已有一些进展。
Anderson [1]根据Berger [2]的实测数据首次给出了累积概率近似表达式，该表达式被IEEE 工作组[3]所推荐。
随着闪电定位数据应用形式的不断加深，全国许多省份利用闪电定位数据对闪电特征及机理的研究日益增多。
徐鸣一[4]、李家启[5]、王学良[6]、高金阁[7]等人分别对江苏、重庆、湖北、北京等地的雷电流幅值特征分析，发现各地区雷电流幅值特征分布曲线与IEEE 工作组推荐的雷电流幅值累积概率表达式分布较为一致；国内学者孙萍[8]，王巨丰[9]等人利用数学方法和实测数据对比分析得出雷电流陡度与雷电流幅值密切相关。
曾金全[10]、贺珊[11]等利用雷电流幅值和雷电流陡度对闪电强度进行了等级划分，这些研究选取不同因子对闪电强度进行了等级划分，但缺少对本地的实际应用。
在开展雷灾调查、雷电风险预警等实际应用中，时常需要对闪电强度进行表征，仅给出闪电强度的具体数值缺乏直观性，因此定性地度量闪电强度非常必要。
本文基于天津市2013―2020年ADTD 闪电定位数据，选取雷电流幅值和雷电流陡度两个参数对闪电强度进行综合描述，开展天津地区的闪电强度特征分析，建立闪电强度等级评估模型，开展天津地区闪电强度等级划分。
第３８卷第６期 ２０１０年１２月 气 象科技
ＭＥＴＥＯＲＯＬＯＧＩＣＡＬ ＳＣＩＥＮＣＥ ＡＮＤ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ Ｖｏ１．３８。Ｎｏ．６
ＤｅＣ．２０１０
引言 基于ＡＤＴＤ系统的雷电流波头陡度频率分布特征 李家启 李博 申双和 王劲松。 李良福 （１南京信息工程大学应用气象学院，南京２１００４４；２重庆市气象局，重庆４１００４７ ３国家卫星气象中心，北京１０００８１）
摘要通过对ＡＤＴＤ闪电定位系统２００６－－２００８年在重庆地区监测的７２９５９８次闪电进行统计，重点分析雷电流 陡度的频率分布特征。结果表明：雷电流波头陡度及其频率随极性不同而差异较大，正闪陡度明显大于负闪陡 度，而同陡度负闪频率却显著大于正闪；雷电流幅值与陡度相关系数为＋０．６１３；采用电力行业标准ＤＩ ／Ｔ６２０推 荐波头时间反推得到的雷电流陡度和采用Ｃｉｇｅｒ推荐公式计算得到的雷电流陡度的概率分布特征与统计特征差 异较大。在此基础上分析了ＡＤＴＤ系统获取雷电流陡度资料的局限性，为合理选取雷电流陡度参数提供理论 依据。 关键词 雷电流陡度 幅值 相关系数 波头时间常数
雷电灾害是我国最严重的自然灾害之一。近 ３０年的雷电灾害造成的经济损失和人员伤亡事故 分析表明，具有发生频次多、范围广、危害严重、社会 影响大的特点。据不完全统计，我国每年因雷电灾 害造成的人员伤亡约为３０００￣４０００人，财产损失约 为１８０００亿元。雷电灾害是联合国“国际减灾十年” 公布的最严重的１０种自然灾害之一，被国际电工委 员会称为“电子时代的一大公害”。 雷电流幅值和陡度是反映雷电活动规律的重要 参数。雷电灾害事故，特别是雷电电磁辐射引起的 雷电灾害，与雷电流幅值、雷电流最大陡度密切相 关ｕ。。］。某些雷电灾害事故是由高幅值、低陡度的雷 电流引发；某些雷电灾害事故却是由低幅值、高陡度 雷电流引发，因此研究雷电流幅值及其陡度的概率 分布特征对于分析雷电灾害事故特征和采取有效的 雷电防护措施具有极其重要的意义。 我国对雷电流陡度的测量起步于２Ｏ世纪６０年 代，先后采用磁钢式雷电流陡度仪、磁带法和闪电定 位仪等方法［４ 测量。孙萍等＿８］用改进型磁钢式雷 电流陡度仪于１９８３ １９８７年在浙江省共实测得雷 击塔顶２Ｏ个陡度数据，雷击档内向两边分流的人塔
电流９８个陡度值，分析得到雷电流陡度与其幅值的 相关系数分别为＋０．５１与＋０．７５，并根据中力行业 标准（ＤＬ／Ｔ６２０—１９９７）中雷电流幅值累积概率分 布公式推导得出浙江电网雷电流陡度的累积概率分 布式。王巨丰等ｌ＿ｇ 采用记录品质较好的金属磁带作 磁卡的磁层，对雷电流幅值、最大陡度进行了实地测 量，并对测量数据进行了深入的研究，进而提出桂林 地区雷电流最大陡度的频率分布曲线，为电力系统 的防雷研究提供了很好的手段和真实的数据。陈家 宏＿１。。等利用闪电定位系统资料分析了雷电流幅值 频率分布特征。 近年来，闪电定位系统的建立和运用，监测 资料的大量增加，对采取海量地闪资料分析雷电 流陡度频率分布特征研究提供了可能。而目前 闪电定位系统的资料仅被ＩＥＥＥ工作组推荐用于 地闪密度和闪电极性研究Ｅｌｌｑ Ｚ ３，采用闪电定位资 料就雷电流陡度分布特征进行研究尚未见到报 道。本文采用２００６—２Ｏ０８年重庆市闪电定位系 统的地闪监测资料进行统计分析，并将正、负闪 雷电流陡度分别进行统计，分析其雷电流陡度的 频率分布特征。
公益行业专项（ＧＹＨＹ（ＱＸ）２００７—６—２２—４）、重庆市科技攻关项目“重庆市轻轨防雷技术研究”、重庆市建设科研项目（城科字第５１号）资助 作者简介：李家启，男，１９７２年生，高级工程师，从事雷电科学与防护技术研究，Ｅｍａｉｌ：ｃｑｌｊｑ＠１２６．ｃｏｒｎ 收稿日期：２０１０年１月２２日；定稿日期：２０１０年５月１１日 ７４２ 气 象 科 技 第３８卷 １ 资料来源与方法 ＡＤＴＤ闪电定位系统主要用来探测云地闪，并且 能区分正负极性。目前在气象、航天、航空、通信、林 业、电力、建筑等国防和国民经济的许多领域都有着 广泛的应用。为提高雷电定位精度，同时扩大探测范 围，综合考虑站址位置、站间距离、场站通信条件及场 址背景条件，重庆市建成的第２代雷电监测网由１个 主站（市区），４个子站（酉阳、城口、云阳、石柱）组成， 且与陕西省安康，四川省达州、遂宁、自贡，贵州省赤 水、道真，湖北省恩施、巴东、神龙架等地的雷电监测 站点联网，覆盖了重庆市所辖行政区域。该雷电监测 网的钟频最高能到１６ ＭＨｚ，使每个闪电回击的处理 时间在１ ｍｓ左右，探测效率可达９５ 。中心数据处 理站对接收到的闪电回击数据实时进行交汇处理，给 出每个闪电回击的准确位置、强度等参数。同时该网 实现了对地闪时间、位置（经度、纬度）、雷电流峰值、 陡度和极性的自动监测＿】 ¨ 本文采用ＡＤＴＤ闪电定位系统系统２０Ｏ６— ２００８年监测资料，选取其中同时获取有强度和陡度 的７２９５９８次闪电，通过数理统计方法，分析雷电流 陡度累积概率特征，采用国际ＩＥＥＥ推荐公式得到 雷电流陡度累积概率表达式，同时与利用雷电流幅 值累积概率概率分布特征反推得到的陡度频率分布 公式进行对比分析。 ２ 结果分析 ２．１ 极性分布 从３年的地闪监测资料来看，雷电流波头陡度 随极性不同而差异较大（图１），正闪平均雷电流波 头陡度ｌ２．７ ｋＡ／ｔ￣ｓ，最大陡度３０７．７ ｋＡ／ｔ￣ｓ；负闪 平均雷电流波头陡度ｌ２．０ ｋＡ／ｔＬｓ，最大陡度 ４６６．８ ｋＡ／ｔＬｓ，无论是日变化还是年变化，正闪雷电 流波头陡度远大于负闪。 ２．２ 频率分布 在２００６－－２００８年闪电分布（图２）中，正闪主要 分布陡度范围是３～２０ ｋＡ／ｔ￣Ｓ，该范围内的正闪频 次占到全部正闪频次的８７．１ ，其中陡度为 ８ ｋＡ／ｔ￣ｓ的正闪频次最多，占全部正闪频次的 ８．８ ；负闪主要分布陡度范围是３～２５ ｋＡ／ｔＬｓ，该 范围内的负闪频次占到全部负闪频次的９７．１ ，与 正闪陡度相比，负闪陡度相对更集中，其中陡度为 ９ ｋＡ／ｔＬｓ的负闪频次最多，占全部负闪频次的 ９．５ 。从图２还可以发现，相同雷电流波头陡度的 正负闪频次不一致，其中负闪频次远远大于正闪频 次。这与整个闪电中正闪所占比例有关，文献［１１］ 分析表明正闪占总数比例不到１Ｏ％。
Ｉ∞
ｉ
三
＼
鲻 壤
衄
９０ ８０ ｉ ７０
篓６０
冀５０ 衄４０ ３０
ｆ一 、 八 ． 。 ＼ ，
１ √ ＼ ／
／ ／ ＼ 一一， ， 、 ’ 一Ｉ ～ 一一● 、
－ 量 景 量 量 量 景 量罨 量 量 量 景
鐾 苫 兽 兽 ２ 譬 ＝ 置
ｂ ； ， ｛． ， ．／ 、 ＼ 、
．７ ＼ ， ｋ ＼ 、
、 ＼ 、 ＿一一
， ●、、
－ 一一
， ＼ ， 、 ，
Ｏｌ Ｏ２ ０３ Ｏ４ ０５ Ｏ６ ０７ ０８ ０９ １０ １１ １２ 月份
图１雷电流波头陡度日变化（ａ）和年变化（ｂ）曲线
妾ｓ 呈１．５ 槲
聂 ・
Ｏ・５ ０ ｌ一一一负闪ｌ ， ｌ 正闪Ｉ ， 、 ， 、 ， 、 － 、 、 、 １－ 、 ． 、 Ｉ 八 ， 、 ＼ 、 ‘ 、 、 ＿ ． Ｉ２００ ９００ 爵 ６００琶 ３００ ０ ０ ５ １０ １５ ２Ｏ ２５ ３０ ３５ ４０
雷电流波头陡度／（ｋＡ・ｇｓ ）
图２闪电陡度的频率分布曲线 ２．２．１ 雷电流幅值和陡度的相关性 针对２００６－－２００８年在重庆地区监测的７２９５９８ 次闪电中的雷电流幅值和对应的陡度数据，采用二
铂 ∞ 的 ∞ 第６期 李家启等：基于ＡＤＴＤ系统的雷电流波头陡度频率分布特征 ７４３ 次多项式拟合，得到其相关系数为＋０．６１３。雷电流 幅值和陡度为正相关，相关较为紧密。２０世纪６Ｏ 年代原苏联用相关分析法分析了巴库地区的２２４组 数据，得出相关系数为＋０．６４；刘继、孙萍［】。 根据 美国Ｍｃｃａｎｎ和瑞士Ｂｅｒｇｅｒ利用示波器测得的６２ 组雷电流第一峰值的陡度与幅值的关系数据分析得 到的相关系数为＋０．６０；孙萍＿８ 用改进型磁钢式雷 电流陡度仪于１９８３－－１９８７年在浙江省共实测得雷 击塔顶２０个陡度数据，雷击档内向两边分流的入塔 电流９８个陡度值，分析得到雷电流陡度与其幅值的 相关系数分别为＋０．５１和＋０．７５。这些数据与本 研究的结论基本一致。 ２．２．２统计分布特征 闪电定位系统资料表明：雷电流波头陡度超过 ８ ｋＡ／ｔａｓ的占８０ 以上，陡度大于１１ ｋＡ／“ｓ的占 ５０ 以上，陡度大于１５ ｋＡ／ｔ￣ｓ的约占２５％，这与庄 婉如（安徽省电力科学研究所，“陡度对于配电避雷 器保护特性的影响”）的结论有一定差异，但是与陡 度大于１１ ｋＡ／ｂ￣ｓ的占５０ 以上结论基本一致 （表１）。
表１ 雷电流波头陡度累积概率分布 ｋＡ・ ｓ－１
根据上面分析的雷电流幅值（Ｉ）与陡度（ａ）相关 性，采用ＩＥＥＥ工作组推荐的公式＿１卜 ］得到正闪陡 度累积概率表达式为：
Ｐ＋（＞ａ）一１￣１＋‘ ）…］（１） 负闪陡度累积概率表达式为： Ｐ一（＞ａ）一１／［－１＋（ ） ・＂ ］ （２） 正闪＋负闪陡度累积概率表达式为： Ｐ（＞口）一１／［１＋（． ） 。］ （３） ．ｏ０
２．２．３ ＤＬ／Ｔ６２０理论推导分布 根据闪电定位系统监测的雷电流幅值及其陡 度，得到其波头时间的分布特征（表２），这与文献 Ｅｌ８］所说在５０ 累积概率下波头时间在２．７～ ４．０ ｂｔｓ结论基本一致。根据雷电流幅值和陡度密切 相关，可将雷电流幅值和陡度简单地看成线性相关， 即幅值和陡度成正比，也就是将雷电流的波头时间
表２雷电流波头时间累积概率分布 ｓ ｒ看成常数。 雷电流幅值相同情况下，波头时间越短，陡度越 大，相对雷击危害越严重。采用电力行业标准 ＤＬ／Ｔ６２０—１９９７推荐的取ｒ一（Ｉ／ａ）（，ｒ／２）一（６０／ ３６）（ｎ／Ｂ）≈２．６ ｓ（根据原苏联直流研究所提出的 ｌｇＰ＝～１／６０和ｌｇ Ｐ 一一ａ／３６分别计算雷电流幅 值 和陡度ａ而来），而波头波形采用半余弦波。 ＪＰ一（２．６ａ）／（７ｒ／２） （４） 将式（４）带入雷电流幅值累积概率分布公式Ｐ＋（＞
Ｉｅ）一１／［－１＋ ） ・ 蚰］、Ｐ一（＞Ｉｐ）一１／［－１＋
‘ ） ］和Ｐ（＞Ｉｐ）一１／［－１￣（ ）。－。 ］得 到正闪陡度累积概率理论推导式： Ｐ＋（＞ａ）一１／２］＋（ ） ］（５） 负闪陡度累积概率理论推导式： Ｐ一（＞ｄ）一１／［１＋（ ） 曲 ］（６） 正闪＋负闪陡度累积概率理论推导式： Ｐ（＞ａ）一１／ｆ－１＋（ ） ］ （７） ２．２．４ 统计特征、ＤＬ／Ｔ６２０推导和Ｃｉｇｅｒ公式计 算的雷电流陡度比较 由于文献［２Ｏ］提出随后闪击陡度大于第１次闪 击，故本文采用Ｃｉｇｅｒ公式第１次闪击陡度公式来 得到推导值。 一３．９Ｉ。・ （８） 雷电造成危害大小主要取决于雷电流幅值及其 波头陡度的影响。在相同雷电流幅值情况下，波头 陡度越大，造成危害就越大；反之，造成危害较小。 因此，以波头陡度较大值为参数进行防雷装置设计 和施工，更能有效防护。而从雷电流波头陡度累积 概率分布曲线（图３）可以看出，推导得出的雷电流 波头陡度远大于统计分布特征，在雷电防护的设计 中采用该推导结果，有利于提高防护标准，有效采取 防雷措施。
