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        基于雷電定位系統(tǒng)的海南島近十年雷電活動特征分析

        2022-03-21 03:48:00趙海龍霍美屹龐松嶺
        環(huán)境技術(shù) 2022年1期
        關(guān)鍵詞:流幅海南島年際

        趙海龍,霍美屹,龐松嶺

        (1.海南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院,???570311; 2.熱帶智能電網(wǎng)實驗室,???570311)

        前言

        雷電是自然界的一種重要大氣現(xiàn)象,雷電發(fā)生時伴隨著聲、光、電等多種物理現(xiàn)象,其瞬間產(chǎn)生的大電流、強電磁輻射會造成嚴(yán)重的人員傷亡和經(jīng)濟損失。根據(jù)國家氣象局的統(tǒng)計研究,雷電災(zāi)害已成為我國的第三大氣象災(zāi)害,僅次于洪澇及地質(zhì)災(zāi)害[1]。海南島屬于熱帶季風(fēng)海洋性氣候,雷電活動頻繁,各市縣的年均雷暴日數(shù)平均在130天左右,屬于強雷區(qū)域。據(jù)統(tǒng)計,海南島雷電災(zāi)害造成的人員傷亡和經(jīng)濟損失在自然災(zāi)害中僅次于臺風(fēng),已成為海南島破壞性最嚴(yán)重的氣象災(zāi)害之一[2]。

        雷電活動是影響電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要因素。國家電網(wǎng)公司2010年至2015年期間330 kV及以上電壓等級的交流輸電線路中,雷擊故障占故障總數(shù)的39.4 %至50.8 %,±500 kV及以上電壓等級的直流輸電線路中,雷擊重合閘次數(shù)占故障重合閘總次數(shù)的43.5~64.3 %[3]??梢钥闯觯讚艄收鲜请娋W(wǎng),尤其是架空輸電線路、戶外變電設(shè)備、架空配電線路等戶外設(shè)備故障跳閘的重要原因[4]。因此,有必要基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計,對海南地區(qū)雷電活動特性進行深入分析,為電網(wǎng)設(shè)備防雷擊提供數(shù)據(jù)指導(dǎo)。

        本文基于海南電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)2011~2020年的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù),重點研究分析了海南地區(qū)雷電活動的時間分布、空間分布、雷電流強度以及極性分布,為海南地區(qū)電網(wǎng)設(shè)備防雷暴災(zāi)害提供有效的指導(dǎo)。

        1 雷電活動時間分布

        海南島屬于熱帶季風(fēng)海洋性氣候,雷電活動頻繁,海南島年平均雷暴日在130天左右,屬于強雷區(qū)域[5]。通過海南電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng),收集整理海南地區(qū)2011年至2020年的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù),基于數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析了海南島雷電活動的基本規(guī)律和特征[6,7]。由此繪制出了海南島2011~2020年雷電數(shù)量的年際分布及月際分布,如下所示。

        1.1 年際分布

        海南島2011年-2020年逐年雷電活動的數(shù)量分布如圖1所示。

        由圖1可以看出,近十年海南島平均每年發(fā)生雷電18.84萬次。其中2011年雷電活動最為強烈,雷電數(shù)量達到22.89萬次,平均每天發(fā)生627次雷電活動。2011年到2014年雷電活動逐年減弱,2015年雷電活動反彈到21.77萬次,2016年到2017年雷電活動次數(shù)逐年下降,其中2017年雷電活動最弱,雷電個數(shù)為14.09萬次,2020年雷電活動數(shù)量達到了22.55萬次。

        圖1 海南島2011~2020年雷電數(shù)量年際變化

        1.2 月際分布

        海南島2011年-2020年月平均雷電活動的數(shù)量分布如圖2所示。

        由圖2分析可知,受熱帶海洋性季風(fēng)氣候影響,海南島高溫、高濕氣候特征明顯,局部地區(qū)強對流天氣經(jīng)常發(fā)生。海南島的雷電活動集中分布于春季和夏季。海南島從3月份開始雷電活動逐漸活躍,雷電活動數(shù)量逐月增加,5月份的雷電個數(shù)達到頂峰,達到5.41萬次,6月份、7月份的雷電個數(shù)有所減少,8月份、9月份雷電個數(shù)有所增加,分別達到3.09萬次和2.36萬次,10月份后雷電活動明顯減弱??偟膩碚f,海南島雷電活動最為活躍的4~9月,該時間段內(nèi)發(fā)生的雷電次數(shù)占到全年總次數(shù)的94.88 %。海南島在每年的10月至次年3月雷電活動最不活躍,該時間段內(nèi)發(fā)生的雷電次數(shù)僅占到全年總次數(shù)的5.12 %。

        圖2 海南島2011~2020年雷電數(shù)量月際變化

        2 雷電活動空間分布

        地閃密度是指某區(qū)域每平方公里地面的年均落雷次數(shù),單位為/(km2·a),是雷電活動的重要評價指標(biāo)。為分析海南島雷電活動的空間分析特性,本文統(tǒng)計了海南島18個市縣2011~2020年10年間的平均地閃密度,如圖3所示。海南全省地閃密度的平均值為5.062次/(km2·a)。

        由圖3可以看出,白沙黎族自治縣、澄邁縣、儋州市、定安縣、??谑小⑴R高縣、屯昌縣的平均地閃密度高于全省平均值,其中澄邁縣的十年平均地閃密度值達到了9.12次/(km2·a),為海南島最高,達到了全海南島平均值的1.8倍,樂東黎族自治縣的十年平均地閃密度值為2.274 6次/(km2·a),為海南島最低,為海南島平均值的45 %。

        圖3 海南島18個市縣2011~2020年平均地閃密度

        總體而言,海南島的雷電活動在空間上呈以下分布規(guī)律:北部地區(qū)(如臨高、澄邁、海口、定安)的雷電活動明顯較南部地區(qū)(如樂東、三亞、陵水)活躍,地閃密度更高。

        3 雷電流強度分布與極性分布

        3.1 雷電流強度分布

        雷電的雷電流幅值是指一次雷擊中監(jiān)測到的峰值電流,是脈沖電流所達到的最高值[8]。海南島近10年雷電流幅值分布如圖4所示,雷電流幅值主要集中在低幅值區(qū)間,幅值在0~20 kA的雷電流占了61.37 %,幅值在0~30 kA的雷電流占了76.15 %,幅值在0~40 kA的雷電流占了85.11 %,雷電流幅值主要集中在0~50 kA之間,這個區(qū)間內(nèi)的地閃次數(shù)占到了總地閃次數(shù)的90.16 %??梢钥闯?,海南地區(qū)雷電活動的雷電流強度主要集中于低電流幅值區(qū)間。

        圖4 海南島近10年雷電流幅值分布

        3.2 雷電流極性分布

        海南島2011~2020年的雷電流極性分布如圖5所示。負極性雷電流是海南島雷電流的主要形式,2011~2020年負極性雷電流總個數(shù)為15.61萬,占到了雷電流總個數(shù)的82.83 %。

        圖5 海南島2011~2020年雷電流極性分布

        海南島2011~2020年的正閃比例年際變化曲線如圖6所示,海南到2011~2020年十年間雷電活動的平均正閃比例為16.8 %,2011~2017年七年間平均正閃比例為8.86 %,而2018~2020年近三年海南雷電正閃比例遠高于前,平均達到了35.33 %,為前七年平均正閃比例的的3.99倍。

        圖6 海南島2011~2020年正閃比例年際變化

        4 結(jié)論

        本文基于海南電網(wǎng)雷電定位系統(tǒng)2011年至2020年的雷電監(jiān)測數(shù)據(jù),重點研究分析了海南地區(qū)雷電活動的時間分布、空間分布、雷電流強度以及極性分布特征,可得出以下結(jié)論:

        1)海南島雷電活動頻繁,年平均雷電活動得到18.84萬次。

        2)海南島雷電活動具有明顯的季節(jié)規(guī)律,春季和夏季雷電活動最活躍,全年有94.88 %的雷電活動發(fā)生在4月到9月,5月份的雷電活動次數(shù)最多,平均為5.41萬次。

        3)海南島的雷電活動具有明顯的空間分布規(guī)律,北部地區(qū)的雷電活動明顯較南部地區(qū)活躍。

        4)海南全省地閃密度的平均值為5.062次/(km2·a),其中澄邁縣的十年平均地閃密度值達到了9.12次/(km2·a),為海南島最高,樂東黎族自治縣的十年平均地閃密度值為2.274 6次/(km2·a),為海南島最低。

        5)海南島雷電活動的雷電流幅值主要集中在低幅值區(qū)間,幅值在0~20 kA的雷電流占了61.37 %。

        6)負極性雷電流是海南島雷電流的主要形式,平均負閃比例達到83.2 %,2018~2020年近三年來海南雷電正閃比例遠高于前,平均達到了35.33 %,為前七年平均正閃比例的的3.99倍。

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