±800 kV賓金線浙江段線路走廊雷電地閃多重回?fù)籼卣鞣治?/h1>
2018-06-19 01:28:56姜文東王少華毛航銀周象賢駱闐彥
電瓷避雷器 2018年3期
李 特，姜文東，王少華，毛航銀，周象賢，駱闐彥
（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州310004）
0 引言
雷擊是影響架空輸電線路可靠性的重要因素，電網(wǎng)企業(yè)目前已建立的雷電監(jiān)測體系，可實現(xiàn)雷電流幅值、落雷位置、落雷時間等單次雷電回?fù)魠?shù)的監(jiān)測[1-3]，為雷擊故障分析提供了有力手段[4]，也實現(xiàn)了基于雷電監(jiān)測的地閃密度圖、雷害風(fēng)險分布圖的繪制[5-6]，為線路防雷設(shè)計、改造決策提供有力支撐。
多重回?fù)羰亲匀唤缋纂娖毡榇嬖诘默F(xiàn)象[7]，并對電網(wǎng)設(shè)備的運行產(chǎn)生影響，如因為多重回?fù)粼斐删€路跳閘后外絕緣去游離過程減慢造成重合失敗[8]，多重回?fù)舫掷m(xù)時間是影響上述過程的重要因素；目前線路避雷器使用越來越廣泛，在實際使用中多次出現(xiàn)避雷器的炸裂故障，其中一個可能原因即為避雷器遭受多重回?fù)粼斐砷y片吸收的能量超過了其設(shè)計容量[9]，回?fù)舸螖?shù)和各次回?fù)舻睦纂娏鞣堤卣魇怯绊懳漳芰康闹饕蛩兀囼灡砻鞫嘀鼗負(fù)粝麻y片出現(xiàn)加速破壞，回?fù)魯?shù)量對閥片的損壞影響顯著[10]。針對上述問題，雷電多重回?fù)魠?shù)如回?fù)舸螖?shù)、時間間隔、持續(xù)時間、各次序回?fù)綦娏鞯姆堤卣魇情_展分析的基礎(chǔ)，然而當(dāng)前電力領(lǐng)域的雷電分析極少關(guān)注上述雷電多重回?fù)籼卣鲉栴}。氣象領(lǐng)域?qū)W者對雷電多重回?fù)籼卣鏖_展了一些研究，文獻(xiàn)[11]得到了人工引發(fā)和自然閃電回?fù)舻暮罄m(xù)回?fù)綦娏鞣堤卣?；文獻(xiàn)[12]對皖北一次雷暴過程中的地閃回?fù)舸螖?shù)、回?fù)魰r間間隔、回?fù)綦娏鞣堤卣鬟M(jìn)行了統(tǒng)計分析；文獻(xiàn)[13，14]分別對北京、西藏地區(qū)的地閃次數(shù)特征、地閃脈沖寬度特征及回?fù)魰r間間隔進(jìn)行了分析。
上述研究得到了多重回?fù)舻拇罅刻卣鳎瑢﹄娋W(wǎng)設(shè)備的防雷可提供重要參考，但沒有得到不同主放電電流下的多重回?fù)籼匦圆町?，上述差異與避雷器吸收能量密切相關(guān)，同時對于架空線路而言，其線路通道內(nèi)的多重回?fù)籼卣魇怯绊懫溥\行的重要角色，而過去的多重回?fù)籼卣餮芯慷噌槍κ?、市行政區(qū)域，所得結(jié)果與線路通道對應(yīng)參數(shù)存在差異。因此本文選取±800 kV賓金線線路走廊浙江段進(jìn)行雷電多重回?fù)魠?shù)統(tǒng)計，得到了多重回?fù)舻幕負(fù)舸螖?shù)、回?fù)糸g隔和回?fù)衾纂娏鞣堤卣鳎@得了主放電電流幅值的影響，以期為架空線路多重雷擊分析提供基礎(chǔ)。
1 數(shù)據(jù)來源
統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于浙江省雷電監(jiān)測系統(tǒng)。浙江省雷電監(jiān)測系統(tǒng)由分布在湖州、舟山、椒江、仙居、泰順、臨安等地的14個雷電自動探測站組成，實現(xiàn)對全省電網(wǎng)區(qū)域的高精度覆蓋，利用雷電監(jiān)測系統(tǒng)可以完整記錄各次地閃回?fù)舻碾娏鞣蹬c時間。
雷電參數(shù)的統(tǒng)計區(qū)域為濱金線兩側(cè)各5 km寬度，如圖1所示。單次雷電活動的統(tǒng)計特征可能與更大時間尺度下的結(jié)果存在差異，因此對2017年6月至9月每個月取3-4個雷電日進(jìn)行統(tǒng)計。利用雷電監(jiān)測系統(tǒng)獲取的地閃數(shù)據(jù)，對主放電雷電流幅值、各次主放電所含后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、后續(xù)回?fù)糁g的時間間隔、后續(xù)回?fù)舻睦纂娏鞣颠M(jìn)行統(tǒng)計分析。
圖1 ±800 kV賓金線線路走廊浙江段Fig.1 The position of±800 kV Binjin line corridor
2 多回?fù)舻亻W特征
2.1 后續(xù)回?fù)舸螖?shù)特征
2.1.1 整體特征
統(tǒng)計時間內(nèi)共獲得±800 kV賓金線線路走廊6 338次有效放電記錄，其中1 308次主放電沒有后續(xù)回?fù)簦? 061次主放電含有后續(xù)回?fù)? 969次，可見44.78%的主放電含有后續(xù)回?fù)?，對所有主放電而言，平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)達(dá)到1.68次。
對后續(xù)回?fù)魯?shù)量分布進(jìn)行統(tǒng)計如圖2，可知統(tǒng)計樣本中最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為17次，隨后續(xù)回?fù)舸螖?shù)增加，對應(yīng)的主放電數(shù)量逐步減小，但含8次及以上后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娬急冉?%，其數(shù)量不可忽視。
對地閃極性進(jìn)行分析，正極性放電占比為14.3%，與文獻(xiàn)[15，16]結(jié)果接近。
對正極性主放電進(jìn)行分析，共1 004次正極性主放電中911次主放電不含后續(xù)回?fù)?，其占比?0.7%，正極性主放電的平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為0.13次。對負(fù)極性主放電進(jìn)行分析，1 563次負(fù)極性主放電中有595次主放電不含后續(xù)回?fù)簦急葹?8.06%，負(fù)極性主放電的平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為2.6次?？梢姶蟛糠终龢O性主放電不含后續(xù)回?fù)簦蟛糠重?fù)極性主放電含有后續(xù)回?fù)簟?/p>
對于不含后續(xù)回?fù)舻? 308次主放電，其中713次為正極性放電，正極性比例為54.5%，對于含后續(xù)回?fù)舻? 061次主放電，其中93次為正極性放電，正極性比例為8.76%。可見不含后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹?，正極性占比較高，而含后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹?，正極性比例較低。
圖2 ±800 kV賓金線走廊浙江段地閃主放電后續(xù)回?fù)舸螖?shù)分布Fig.2 Distribution of subsequent return-stroke times from±800 kV Binjin line
不同地區(qū)的多重回?fù)粲^測數(shù)據(jù)中，樣本數(shù)、單回?fù)舯壤?、平均回?fù)舸螖?shù)見表1，可知賓金線浙江段負(fù)極性雷電參數(shù)單回?fù)舯壤cFlorida觀測結(jié)果接近，比其他地區(qū)略大，同時平均回?fù)舸螖?shù)比其他地區(qū)略?。粸I金線浙江段正極性參數(shù)單回?fù)舯壤c大興安嶺、北京、蘭州觀測結(jié)果接近，比巴西略大，平均回?fù)舸螖?shù)比其他地區(qū)略小。
表1 不同地區(qū)的地閃多重回?fù)魠?shù)Table 1 Multiple return-stroke parameters from different areas
2.1.2 主放電電流的影響
將具有不同回?fù)舸螖?shù)的主放電電流幅值算數(shù)均值作于圖3。由于含14次及以上后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姅?shù)量較少，需要更多的樣本其統(tǒng)計值才較為可信，因此圖3僅對含13次及以下后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娺M(jìn)行分析，同樣下文涉及不同回?fù)舸螖?shù)、回?fù)舸涡虻谋容^，均對含13次及以下后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娺M(jìn)行分析。由圖3可知隨著后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的增加，主放電電流幅值增加，與文獻(xiàn)[24]一致，其中不含后續(xù)回?fù)?、僅含1次后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姡淅纂娏鞣邓銛?shù)均值分別為20 kA、26 kA，而含10次及以上后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娎纂娏鞣稻笥?5 kA。
將不同雷電流幅值范圍的主放電對應(yīng)含后續(xù)回?fù)舻谋壤?、平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)列于表2，隨著雷電流幅值范圍從小于45 kA到大于70 kA，對應(yīng)主放電含后續(xù)回?fù)舻姆烹姳壤黾印⑵骄負(fù)舸螖?shù)增加。雷電流大于100 kA后，含后續(xù)回?fù)舯壤?、平均回?fù)舸螖?shù)相比雷電流大于45 kA的情況有所下降，但仍大于45 kA以下的小電流雷擊對應(yīng)數(shù)值。
圖3 主放電電流幅值算數(shù)均值與后續(xù)回?fù)舸螖?shù)關(guān)系Fig.3 The relationship between the mean value of the main discharge current and the number of subsequent return-stroke
表2 主放電雷電流幅值范圍及后續(xù)回?fù)籼卣鱐able 2 Subsequent return-stroke character with different main discharge current
2.2 地閃持續(xù)時間
2.2.1 地閃持續(xù)時間整體特征
本文地閃持續(xù)時間取主放電時間至最后一次回?fù)魰r間的時間差，持續(xù)時間最長為997 ms，比文獻(xiàn)[12]觀測到的1.4 s略小。放電持續(xù)時間分布如圖4（a），帶有不同回?fù)舸螖?shù)的主放電平均持續(xù)時間如圖4（b）所示。
由圖4（a）可知，大部分放電的持續(xù)時間位于0-500 ms，但持續(xù)500 ms以上的放電占比達(dá)19%，不可忽視。由圖4（b）可知，隨著后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的增加，放電持續(xù)時間逐漸增加，但后續(xù)回?fù)舸螖?shù)達(dá)8次以上后，回?fù)舸螖?shù)增加引發(fā)的持續(xù)時間增長變緩。
圖4 地閃持續(xù)時間分布Fig.4 Duration distribution of cloud-to-ground discharge
2.2.2 主放電電流的影響
對樣本中多重回?fù)舻亻W進(jìn)行統(tǒng)計，將不同主放電電流范圍下的地閃持續(xù)時間算數(shù)均值作于表3，可知45～100 kA主放電對應(yīng)地閃的平均持續(xù)時間相對于0～45 kA、大于100 kA的主放電情況較小。
表3 不同雷電流主放電對應(yīng)地閃持續(xù)時間均值Table 3 Average duration value of flashes containing subsequent return-stroke with different main discharge current
2.3 后續(xù)回?fù)糸g隔
2.3.1 后續(xù)回?fù)糸g隔整體特征
包括主放電與第一次后續(xù)回?fù)舻拈g隔在內(nèi)，后續(xù)回?fù)糸g隔總體分布如圖5，其概率密度分布接近于Log-Logistic分布，其中紅色曲線為擬合的概率密度分布函數(shù)，表達(dá)式如式（1），其中dtj為時間間隔概率分布密度、t為回?fù)魰r間間隔，a、b為分布函數(shù)參數(shù)，通過分布擬合得到a取值為4.15、b取值為0.484?；?fù)糸g隔算數(shù)均值為88.44 ms，幾何均值為61.58 ms，最大值為985 ms，最小值為1.2 ms，分布規(guī)律及均值數(shù)值與文獻(xiàn)[12]接近。
圖5 后續(xù)回?fù)糸g隔分布Fig.5 Distribution of subsequent return-stroke interval
各次序后續(xù)回?fù)魧η耙淮位負(fù)舻臅r間間隔幾何均值見圖6（a），隨著回?fù)舸涡驈?增加至10，與前一次的回?fù)糸g隔時間呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，第6-7次回?fù)襞c前次回?fù)舻拈g隔時間最短，約在50 ms。
各次序后續(xù)回?fù)魰r間間隔中，大于100 ms比例與小于20 ms比例見圖6（b）。可見各次序后續(xù)回?fù)糁?，大?00 ms比例在25%左右波動，小于20 ms比例在7.5%左右變化，大部分回?fù)糸g隔位于20 ms～100 ms之間。
圖6 各次序回?fù)魰r間間隔特征Fig.6 The interval character with different return-stroke sequence
2.3.2 回?fù)綦娏鞯挠绊?/p>
將統(tǒng)計樣本中回?fù)糸g隔與對應(yīng)回?fù)綦娏鞣底饔趫D7（a），將其中間隔小于20 ms部分作于圖7（b）。
由圖7（a）可知，絕大部分后續(xù)回?fù)羝渑c前一次回?fù)舻拈g隔小于300 ms、回?fù)綦娏餍∮?0 kA，電流大于80 kA的后續(xù)回?fù)?，其回?fù)糸g隔均小于300 ms，間隔大于400 ms的回?fù)?，其回?fù)綦娏骶∮?0 kA，可見同時出現(xiàn)長間隔、大電流的后續(xù)回?fù)舾怕蕵O小。
由圖7（b）可知，對于間隔小于20 ms的后續(xù)回?fù)?，其回?fù)綦娏鞔蟛糠中∮?0 kA，從分布密度可知，相同回?fù)糸g隔的后續(xù)回?fù)?，回?fù)綦娏髟叫?，分布密度越大，出現(xiàn)極小間隔、大電流的后續(xù)回?fù)舾怕蕵O小。因此，對于避雷器的多重回?fù)魰簯B(tài)過程計算時，可以忽略極小間隔下的大電流后續(xù)回?fù)羟闆r。
圖7 后續(xù)回?fù)糸g隔與回?fù)綦娏鞣植糉ig.7 The distribution of subsequent return-stroke interval with different stroke current peak value
2.4 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度
2.4.1 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度整體特征
利用后續(xù)回?fù)襞c主放電雷電流幅值比值k作為判斷后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度的標(biāo)志，k值分布如圖8，其概率密度函數(shù)同樣可用Log-Logistic分布表示，對應(yīng)式（1）中a、b的取值分別為-0.68、0.44。k值幾何均值為0.51，最大為4.98，20%的后續(xù)回?fù)鬹值大于1，與文獻(xiàn)[12]結(jié)論相近。
對k值與后續(xù)回?fù)舸涡虻年P(guān)系進(jìn)行分析，各次序回?fù)鬹值幾何均值如圖9（a），k＞1及k＜0.5的比例與回?fù)舸涡虻年P(guān)系如圖9（b）?？芍S著后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾樱負(fù)魪?qiáng)度幾何均值逐漸減小，首次后續(xù)回?fù)鬹值均值為0.65，而第13次回?fù)鬹值均值僅有0.2；隨著后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾?，k大于1的概率逐漸減少，至第11次后續(xù)回?fù)艉髃值均為0，而k值小于0.5的比例則逐步上升，與文獻(xiàn)[12]結(jié)論相近。
圖8 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度分布Fig.8 The distribution of subsequent return-stroke strength
圖9 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與回?fù)舸涡虻年P(guān)系Fig.9 The relationship between subsequent return-stroke strength and strike sequence
2.4.2 主放電電流的影響
將首次后續(xù)回?fù)鬹值與對應(yīng)主放電雷電流作于圖10，可知隨著主放電電流增加，首次后續(xù)回?fù)鬹值總體上減小，k大于2的后續(xù)回?fù)魧?yīng)主放電電流均小于32 kA，k值大于1的后續(xù)回?fù)?，對?yīng)的主放電雷電流幅值最大為72 kA，可知主放電電流越大，出現(xiàn)強(qiáng)度更強(qiáng)的后續(xù)回?fù)舾怕试叫?。其他次序后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與首次后續(xù)回?fù)舻囊?guī)律接近，此處不再給出。
圖10 首次后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與主放電電流幅值的關(guān)系Fig.10 The relation between the first subsequent returnstrike strength and main discharge current
2.4.3 回?fù)糸g隔的影響
將相鄰兩次回?fù)糁械诙闻c第一次雷電流的比值k2作為相鄰回?fù)魪?qiáng)度比，將不同放電時間間隔范圍與其對應(yīng)的k2值特征列于表4，可知隨著放電間隔從0增大至400 ms，相鄰回?fù)糁衚2大于1概率增加、k2幾何均值增加，間隔400 ms以上回?fù)鬹2大于1的比例、k2幾何均值比間隔在300～400 ms的回?fù)粜?，但大于間隔300 ms以下的回?fù)?。間隔大于150 ms的回?fù)艚M合整體上“前弱后強(qiáng)”型與“前強(qiáng)后弱”型比例接近1:1，與文獻(xiàn)[24]結(jié)果接近。
表4 相鄰后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與回?fù)魰r間間隔Table 4 The adjacent return-strike strength with different strike intervals
3 結(jié)論
基于2017年6月至9月的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)，對±800 kV賓金線線路走廊浙江段的雷電多重回?fù)籼匦赃M(jìn)行了分析，得到主要結(jié)論如下：
1）統(tǒng)計樣本中44.78%的主放電含有后續(xù)回?fù)簦兄鞣烹娖骄罄m(xù)回?fù)舸螖?shù)為1.68次，最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為17次，含多次后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姅?shù)量不可忽視。
2）正、負(fù)極性主放電的后續(xù)回?fù)籼匦源嬖诓町悾?0.7%的正極性主放電不含后續(xù)回?fù)簦?1.94%的負(fù)極性主放電含有后續(xù)回?fù)簟?/p>
3）地閃持續(xù)時間最長為997 ms，絕大部分分布于0～500 ms，回?fù)糸g隔分布接近Log-Logistic分布，其算數(shù)均值為88.44 ms、幾何平均為61.58 ms，大部分間隔分布于20～100 ms。
4）后續(xù)回?fù)襞c主放電的雷電流幅值比值的分布接近于Log-Logistic分布，比值隨后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾佣f減。
5）主放電電流幅值與多重回?fù)籼匦韵嚓P(guān)，隨主放電電流幅值增加，后續(xù)回?fù)襞c主放電的雷電流幅值比值減小，45 kA至70 kA雷電流主放電含后續(xù)回?fù)舯壤畲蟆⑵骄罄m(xù)回?fù)舸螖?shù)最多。
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李 特，姜文東，王少華，毛航銀，周象賢，駱闐彥
（1.國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州310014；2.國網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州310004）
0 引言
雷擊是影響架空輸電線路可靠性的重要因素，電網(wǎng)企業(yè)目前已建立的雷電監(jiān)測體系，可實現(xiàn)雷電流幅值、落雷位置、落雷時間等單次雷電回?fù)魠?shù)的監(jiān)測[1-3]，為雷擊故障分析提供了有力手段[4]，也實現(xiàn)了基于雷電監(jiān)測的地閃密度圖、雷害風(fēng)險分布圖的繪制[5-6]，為線路防雷設(shè)計、改造決策提供有力支撐。
多重回?fù)羰亲匀唤缋纂娖毡榇嬖诘默F(xiàn)象[7]，并對電網(wǎng)設(shè)備的運行產(chǎn)生影響，如因為多重回?fù)粼斐删€路跳閘后外絕緣去游離過程減慢造成重合失敗[8]，多重回?fù)舫掷m(xù)時間是影響上述過程的重要因素；目前線路避雷器使用越來越廣泛，在實際使用中多次出現(xiàn)避雷器的炸裂故障，其中一個可能原因即為避雷器遭受多重回?fù)粼斐砷y片吸收的能量超過了其設(shè)計容量[9]，回?fù)舸螖?shù)和各次回?fù)舻睦纂娏鞣堤卣魇怯绊懳漳芰康闹饕蛩兀囼灡砻鞫嘀鼗負(fù)粝麻y片出現(xiàn)加速破壞，回?fù)魯?shù)量對閥片的損壞影響顯著[10]。針對上述問題，雷電多重回?fù)魠?shù)如回?fù)舸螖?shù)、時間間隔、持續(xù)時間、各次序回?fù)綦娏鞯姆堤卣魇情_展分析的基礎(chǔ)，然而當(dāng)前電力領(lǐng)域的雷電分析極少關(guān)注上述雷電多重回?fù)籼卣鲉栴}。氣象領(lǐng)域?qū)W者對雷電多重回?fù)籼卣鏖_展了一些研究，文獻(xiàn)[11]得到了人工引發(fā)和自然閃電回?fù)舻暮罄m(xù)回?fù)綦娏鞣堤卣?；文獻(xiàn)[12]對皖北一次雷暴過程中的地閃回?fù)舸螖?shù)、回?fù)魰r間間隔、回?fù)綦娏鞣堤卣鬟M(jìn)行了統(tǒng)計分析；文獻(xiàn)[13，14]分別對北京、西藏地區(qū)的地閃次數(shù)特征、地閃脈沖寬度特征及回?fù)魰r間間隔進(jìn)行了分析。
上述研究得到了多重回?fù)舻拇罅刻卣鳎瑢﹄娋W(wǎng)設(shè)備的防雷可提供重要參考，但沒有得到不同主放電電流下的多重回?fù)籼匦圆町?，上述差異與避雷器吸收能量密切相關(guān)，同時對于架空線路而言，其線路通道內(nèi)的多重回?fù)籼卣魇怯绊懫溥\行的重要角色，而過去的多重回?fù)籼卣餮芯慷噌槍κ?、市行政區(qū)域，所得結(jié)果與線路通道對應(yīng)參數(shù)存在差異。因此本文選取±800 kV賓金線線路走廊浙江段進(jìn)行雷電多重回?fù)魠?shù)統(tǒng)計，得到了多重回?fù)舻幕負(fù)舸螖?shù)、回?fù)糸g隔和回?fù)衾纂娏鞣堤卣鳎@得了主放電電流幅值的影響，以期為架空線路多重雷擊分析提供基礎(chǔ)。
1 數(shù)據(jù)來源
統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于浙江省雷電監(jiān)測系統(tǒng)。浙江省雷電監(jiān)測系統(tǒng)由分布在湖州、舟山、椒江、仙居、泰順、臨安等地的14個雷電自動探測站組成，實現(xiàn)對全省電網(wǎng)區(qū)域的高精度覆蓋，利用雷電監(jiān)測系統(tǒng)可以完整記錄各次地閃回?fù)舻碾娏鞣蹬c時間。
雷電參數(shù)的統(tǒng)計區(qū)域為濱金線兩側(cè)各5 km寬度，如圖1所示。單次雷電活動的統(tǒng)計特征可能與更大時間尺度下的結(jié)果存在差異，因此對2017年6月至9月每個月取3-4個雷電日進(jìn)行統(tǒng)計。利用雷電監(jiān)測系統(tǒng)獲取的地閃數(shù)據(jù)，對主放電雷電流幅值、各次主放電所含后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、后續(xù)回?fù)糁g的時間間隔、后續(xù)回?fù)舻睦纂娏鞣颠M(jìn)行統(tǒng)計分析。
圖1 ±800 kV賓金線線路走廊浙江段Fig.1 The position of±800 kV Binjin line corridor
2 多回?fù)舻亻W特征
2.1 后續(xù)回?fù)舸螖?shù)特征
2.1.1 整體特征
統(tǒng)計時間內(nèi)共獲得±800 kV賓金線線路走廊6 338次有效放電記錄，其中1 308次主放電沒有后續(xù)回?fù)簦? 061次主放電含有后續(xù)回?fù)? 969次，可見44.78%的主放電含有后續(xù)回?fù)?，對所有主放電而言，平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)達(dá)到1.68次。
對后續(xù)回?fù)魯?shù)量分布進(jìn)行統(tǒng)計如圖2，可知統(tǒng)計樣本中最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為17次，隨后續(xù)回?fù)舸螖?shù)增加，對應(yīng)的主放電數(shù)量逐步減小，但含8次及以上后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娬急冉?%，其數(shù)量不可忽視。
對地閃極性進(jìn)行分析，正極性放電占比為14.3%，與文獻(xiàn)[15，16]結(jié)果接近。
對正極性主放電進(jìn)行分析，共1 004次正極性主放電中911次主放電不含后續(xù)回?fù)?，其占比?0.7%，正極性主放電的平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為0.13次。對負(fù)極性主放電進(jìn)行分析，1 563次負(fù)極性主放電中有595次主放電不含后續(xù)回?fù)簦急葹?8.06%，負(fù)極性主放電的平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為2.6次?？梢姶蟛糠终龢O性主放電不含后續(xù)回?fù)簦蟛糠重?fù)極性主放電含有后續(xù)回?fù)簟?/p>
對于不含后續(xù)回?fù)舻? 308次主放電，其中713次為正極性放電，正極性比例為54.5%，對于含后續(xù)回?fù)舻? 061次主放電，其中93次為正極性放電，正極性比例為8.76%。可見不含后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹?，正極性占比較高，而含后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹?，正極性比例較低。
圖2 ±800 kV賓金線走廊浙江段地閃主放電后續(xù)回?fù)舸螖?shù)分布Fig.2 Distribution of subsequent return-stroke times from±800 kV Binjin line
不同地區(qū)的多重回?fù)粲^測數(shù)據(jù)中，樣本數(shù)、單回?fù)舯壤?、平均回?fù)舸螖?shù)見表1，可知賓金線浙江段負(fù)極性雷電參數(shù)單回?fù)舯壤cFlorida觀測結(jié)果接近，比其他地區(qū)略大，同時平均回?fù)舸螖?shù)比其他地區(qū)略?。粸I金線浙江段正極性參數(shù)單回?fù)舯壤c大興安嶺、北京、蘭州觀測結(jié)果接近，比巴西略大，平均回?fù)舸螖?shù)比其他地區(qū)略小。
表1 不同地區(qū)的地閃多重回?fù)魠?shù)Table 1 Multiple return-stroke parameters from different areas
2.1.2 主放電電流的影響
將具有不同回?fù)舸螖?shù)的主放電電流幅值算數(shù)均值作于圖3。由于含14次及以上后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姅?shù)量較少，需要更多的樣本其統(tǒng)計值才較為可信，因此圖3僅對含13次及以下后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娺M(jìn)行分析，同樣下文涉及不同回?fù)舸螖?shù)、回?fù)舸涡虻谋容^，均對含13次及以下后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娺M(jìn)行分析。由圖3可知隨著后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的增加，主放電電流幅值增加，與文獻(xiàn)[24]一致，其中不含后續(xù)回?fù)?、僅含1次后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姡淅纂娏鞣邓銛?shù)均值分別為20 kA、26 kA，而含10次及以上后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娎纂娏鞣稻笥?5 kA。
將不同雷電流幅值范圍的主放電對應(yīng)含后續(xù)回?fù)舻谋壤?、平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)列于表2，隨著雷電流幅值范圍從小于45 kA到大于70 kA，對應(yīng)主放電含后續(xù)回?fù)舻姆烹姳壤黾印⑵骄負(fù)舸螖?shù)增加。雷電流大于100 kA后，含后續(xù)回?fù)舯壤?、平均回?fù)舸螖?shù)相比雷電流大于45 kA的情況有所下降，但仍大于45 kA以下的小電流雷擊對應(yīng)數(shù)值。
圖3 主放電電流幅值算數(shù)均值與后續(xù)回?fù)舸螖?shù)關(guān)系Fig.3 The relationship between the mean value of the main discharge current and the number of subsequent return-stroke
表2 主放電雷電流幅值范圍及后續(xù)回?fù)籼卣鱐able 2 Subsequent return-stroke character with different main discharge current
2.2 地閃持續(xù)時間
2.2.1 地閃持續(xù)時間整體特征
本文地閃持續(xù)時間取主放電時間至最后一次回?fù)魰r間的時間差，持續(xù)時間最長為997 ms，比文獻(xiàn)[12]觀測到的1.4 s略小。放電持續(xù)時間分布如圖4（a），帶有不同回?fù)舸螖?shù)的主放電平均持續(xù)時間如圖4（b）所示。
由圖4（a）可知，大部分放電的持續(xù)時間位于0-500 ms，但持續(xù)500 ms以上的放電占比達(dá)19%，不可忽視。由圖4（b）可知，隨著后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的增加，放電持續(xù)時間逐漸增加，但后續(xù)回?fù)舸螖?shù)達(dá)8次以上后，回?fù)舸螖?shù)增加引發(fā)的持續(xù)時間增長變緩。
圖4 地閃持續(xù)時間分布Fig.4 Duration distribution of cloud-to-ground discharge
2.2.2 主放電電流的影響
對樣本中多重回?fù)舻亻W進(jìn)行統(tǒng)計，將不同主放電電流范圍下的地閃持續(xù)時間算數(shù)均值作于表3，可知45～100 kA主放電對應(yīng)地閃的平均持續(xù)時間相對于0～45 kA、大于100 kA的主放電情況較小。
表3 不同雷電流主放電對應(yīng)地閃持續(xù)時間均值Table 3 Average duration value of flashes containing subsequent return-stroke with different main discharge current
2.3 后續(xù)回?fù)糸g隔
2.3.1 后續(xù)回?fù)糸g隔整體特征
包括主放電與第一次后續(xù)回?fù)舻拈g隔在內(nèi)，后續(xù)回?fù)糸g隔總體分布如圖5，其概率密度分布接近于Log-Logistic分布，其中紅色曲線為擬合的概率密度分布函數(shù)，表達(dá)式如式（1），其中dtj為時間間隔概率分布密度、t為回?fù)魰r間間隔，a、b為分布函數(shù)參數(shù)，通過分布擬合得到a取值為4.15、b取值為0.484?；?fù)糸g隔算數(shù)均值為88.44 ms，幾何均值為61.58 ms，最大值為985 ms，最小值為1.2 ms，分布規(guī)律及均值數(shù)值與文獻(xiàn)[12]接近。
圖5 后續(xù)回?fù)糸g隔分布Fig.5 Distribution of subsequent return-stroke interval
各次序后續(xù)回?fù)魧η耙淮位負(fù)舻臅r間間隔幾何均值見圖6（a），隨著回?fù)舸涡驈?增加至10，與前一次的回?fù)糸g隔時間呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢，第6-7次回?fù)襞c前次回?fù)舻拈g隔時間最短，約在50 ms。
各次序后續(xù)回?fù)魰r間間隔中，大于100 ms比例與小于20 ms比例見圖6（b）。可見各次序后續(xù)回?fù)糁?，大?00 ms比例在25%左右波動，小于20 ms比例在7.5%左右變化，大部分回?fù)糸g隔位于20 ms～100 ms之間。
圖6 各次序回?fù)魰r間間隔特征Fig.6 The interval character with different return-stroke sequence
2.3.2 回?fù)綦娏鞯挠绊?/p>
將統(tǒng)計樣本中回?fù)糸g隔與對應(yīng)回?fù)綦娏鞣底饔趫D7（a），將其中間隔小于20 ms部分作于圖7（b）。
由圖7（a）可知，絕大部分后續(xù)回?fù)羝渑c前一次回?fù)舻拈g隔小于300 ms、回?fù)綦娏餍∮?0 kA，電流大于80 kA的后續(xù)回?fù)?，其回?fù)糸g隔均小于300 ms，間隔大于400 ms的回?fù)?，其回?fù)綦娏骶∮?0 kA，可見同時出現(xiàn)長間隔、大電流的后續(xù)回?fù)舾怕蕵O小。
由圖7（b）可知，對于間隔小于20 ms的后續(xù)回?fù)?，其回?fù)綦娏鞔蟛糠中∮?0 kA，從分布密度可知，相同回?fù)糸g隔的后續(xù)回?fù)?，回?fù)綦娏髟叫?，分布密度越大，出現(xiàn)極小間隔、大電流的后續(xù)回?fù)舾怕蕵O小。因此，對于避雷器的多重回?fù)魰簯B(tài)過程計算時，可以忽略極小間隔下的大電流后續(xù)回?fù)羟闆r。
圖7 后續(xù)回?fù)糸g隔與回?fù)綦娏鞣植糉ig.7 The distribution of subsequent return-stroke interval with different stroke current peak value
2.4 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度
2.4.1 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度整體特征
利用后續(xù)回?fù)襞c主放電雷電流幅值比值k作為判斷后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度的標(biāo)志，k值分布如圖8，其概率密度函數(shù)同樣可用Log-Logistic分布表示，對應(yīng)式（1）中a、b的取值分別為-0.68、0.44。k值幾何均值為0.51，最大為4.98，20%的后續(xù)回?fù)鬹值大于1，與文獻(xiàn)[12]結(jié)論相近。
對k值與后續(xù)回?fù)舸涡虻年P(guān)系進(jìn)行分析，各次序回?fù)鬹值幾何均值如圖9（a），k＞1及k＜0.5的比例與回?fù)舸涡虻年P(guān)系如圖9（b）?？芍S著后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾樱負(fù)魪?qiáng)度幾何均值逐漸減小，首次后續(xù)回?fù)鬹值均值為0.65，而第13次回?fù)鬹值均值僅有0.2；隨著后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾?，k大于1的概率逐漸減少，至第11次后續(xù)回?fù)艉髃值均為0，而k值小于0.5的比例則逐步上升，與文獻(xiàn)[12]結(jié)論相近。
圖8 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度分布Fig.8 The distribution of subsequent return-stroke strength
圖9 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與回?fù)舸涡虻年P(guān)系Fig.9 The relationship between subsequent return-stroke strength and strike sequence
2.4.2 主放電電流的影響
將首次后續(xù)回?fù)鬹值與對應(yīng)主放電雷電流作于圖10，可知隨著主放電電流增加，首次后續(xù)回?fù)鬹值總體上減小，k大于2的后續(xù)回?fù)魧?yīng)主放電電流均小于32 kA，k值大于1的后續(xù)回?fù)?，對?yīng)的主放電雷電流幅值最大為72 kA，可知主放電電流越大，出現(xiàn)強(qiáng)度更強(qiáng)的后續(xù)回?fù)舾怕试叫?。其他次序后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與首次后續(xù)回?fù)舻囊?guī)律接近，此處不再給出。
圖10 首次后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與主放電電流幅值的關(guān)系Fig.10 The relation between the first subsequent returnstrike strength and main discharge current
2.4.3 回?fù)糸g隔的影響
將相鄰兩次回?fù)糁械诙闻c第一次雷電流的比值k2作為相鄰回?fù)魪?qiáng)度比，將不同放電時間間隔范圍與其對應(yīng)的k2值特征列于表4，可知隨著放電間隔從0增大至400 ms，相鄰回?fù)糁衚2大于1概率增加、k2幾何均值增加，間隔400 ms以上回?fù)鬹2大于1的比例、k2幾何均值比間隔在300～400 ms的回?fù)粜?，但大于間隔300 ms以下的回?fù)?。間隔大于150 ms的回?fù)艚M合整體上“前弱后強(qiáng)”型與“前強(qiáng)后弱”型比例接近1:1，與文獻(xiàn)[24]結(jié)果接近。
表4 相鄰后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度與回?fù)魰r間間隔Table 4 The adjacent return-strike strength with different strike intervals
3 結(jié)論
基于2017年6月至9月的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù)，對±800 kV賓金線線路走廊浙江段的雷電多重回?fù)籼匦赃M(jìn)行了分析，得到主要結(jié)論如下：
1）統(tǒng)計樣本中44.78%的主放電含有后續(xù)回?fù)簦兄鞣烹娖骄罄m(xù)回?fù)舸螖?shù)為1.68次，最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為17次，含多次后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姅?shù)量不可忽視。
2）正、負(fù)極性主放電的后續(xù)回?fù)籼匦源嬖诓町悾?0.7%的正極性主放電不含后續(xù)回?fù)簦?1.94%的負(fù)極性主放電含有后續(xù)回?fù)簟?/p>
3）地閃持續(xù)時間最長為997 ms，絕大部分分布于0～500 ms，回?fù)糸g隔分布接近Log-Logistic分布，其算數(shù)均值為88.44 ms、幾何平均為61.58 ms，大部分間隔分布于20～100 ms。
4）后續(xù)回?fù)襞c主放電的雷電流幅值比值的分布接近于Log-Logistic分布，比值隨后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾佣f減。
5）主放電電流幅值與多重回?fù)籼匦韵嚓P(guān)，隨主放電電流幅值增加，后續(xù)回?fù)襞c主放電的雷電流幅值比值減小，45 kA至70 kA雷電流主放電含后續(xù)回?fù)舯壤畲蟆⑵骄罄m(xù)回?fù)舸螖?shù)最多。
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