城市地铁交通雷击风险评估与模拟仿真研究

雷电灾害是城市地铁交通安全运行的潜在危险因素,因此对地铁进行科学规范的雷击风险评估并采取针对性的防雷技术措施就显得非常重要。借鉴自然灾害风险区划的理论及方法,提出了城市地铁交通沿线区段、地面建筑单体雷击风险评估的方法,建立了地面高架站接触网架空地线雷击感应过电压仿真模型。以呼和浩特地铁交通项目为实例,给出了地铁沿线区段雷击区域评估指标,通过对地铁沿线的地闪定位、雷电灾害、土壤电阻率及周边环境等数据资料的分析计算得出区域风险评估结果;并对雷击极高风险区段的地面建筑物单体进行了评估,结果表明入户管线附近落雷是建筑物单体总雷击次数的主要因素;进而对雷击附近大地在高架站接触网架空地线产生的感应过电压进行了模拟计算,给出了雷击点距架空地线的距离、高架桥高度以及架空地线支柱接地电阻和间距等因素对感应过电压的影响规律。城市地铁交通全线段及差异化防雷评估技术手段,为城市地铁交通防雷设计和安全运行提供更加客观准确的科学依据。     

基于闪电定位的新建住宅小区雷击风险分析

为客观评价住宅小区的雷电灾害风险以及可能造成的人身伤亡风险,同时考察符合目前建设标准的新建小区的雷击风险是否小于允许值,分析了目前新建小区中由于雷电引起的人员、设备损失情况。提出对新建小区建筑物、构筑物进行雷击风险计算的重要性。结合新建小区特点,选取合适的风险参数,给出了新建住宅小区雷击风险的计算方法。并以南京市长江边某大型新建小区为例,计算了雷击引起的人员损失的风险,给出了小区防范雷击风险的一般方法     

认识雷电

本文叙述雷电的产生、特点、危害,及有关雷电的名词解释。指出了易遭雷击的地点和建筑物、构筑物。     

暂态电流和电位抬升对雷电风险参数PC的影响

 雷电防护标准IEC 62305中定义参数P_C为雷击建筑物导致内部系统故障的概率,P_C完全取决于浪涌保护器(Surge Protective Device,SPD)的保护等级.SPD在很多情况下并不能起到很好的保护作用,在计算雷电风险值时仅依靠SPD的保护等级是不够的.本文建立雷击建筑中钢筋的简化模型,通过近似的暂态计算得到各钢筋上的电流分布,以及因暂态电压抬升所产生的反击电压,分析其对内部系统的干扰,得出良好的布线方式和线路加装金属管是影响P_C参数取值的重要因素,进而完善P_C参数的取值公式.以至于能更加科学准确地计算雷电风险值,指导雷电防护和规划.     

通信天线塔对雷电灾害环境的影响

雷击通信天线塔造成附近住户出现雷电灾害事故,已经成为典型雷击易发事件.本文从天线塔的引雷效应、雷击电磁效应、雷击静电效应、地电位反击等角度进行分析,评估雷击天线塔影响周围环境的范围和程度,并提出有针对性的防护措施.     

《建筑物防雷设计规范》在实际中的应用

综述了防雷电感应、雷电波侵入、雷击电磁脉冲、雷电流产生的高电位对金属设备或电路反击的具体措施及工程实践中对接闪器,接地体做法的为贯彻《建筑物防雷设计规范》,对建筑物防雷分类确定有必要进行相应的计算。     

气象观测站的雷电风险评估探析

雷电灾害是一种不可预测的风险,通过对气象观测站进行雷击风险评估,针对雷电可能导致气象观测站的人员损失、财产损失程度、危害方面的综合风险计算,为防雷工程设计、施工、运行管理中向建设单位提供既科学合理又经济安全的指导意见。     

雷电流幅值概率分布函数的分段拟合方法

为了更有效地利用雷电定位系统数据评估输电线路的雷击跳闸风险,以东莞地区1999—2008年雷电流幅值数据为例,分析了规程推荐公式、IEEE推荐公式及其改进公式的拟合曲线与实际雷电流幅值概率分布的偏差,在此基础上提出了雷电流幅值概率分布函数的分段拟合方法,并进行了连续性修正.最后,分别采用规程推荐公式、IEEE改进公式和文中拟合公式计算东莞地区110kV、220kV、500kV三个电压等级下的输电线路雷击跳闸率,并与实际值进行对比.结果表明:采用文中方法得到的雷电流幅值概率分布函数曲线与自然概率曲线的相关性最强,仅牺牲了分段点附近的相关性;采用文中分段拟合方法计算得到的110kV、220kV电压等级输电线路雷击跳闸率与实际运行数据较相符,而对500kV电压等级线路雷电跳闸率的计算存在偏差.     

一次雷电灾害成因分析及防御对策

针对一次雷电灾害事件,根据现场勘查、走访、测量,利用当地气象台站实测资料、雷达探测资料、闪电监测资料确定了灾害点的雷电活动情况,通过对雷电灾害产生的热效应、机械效应、雷电反击和电磁感应的分析,确定本次灾害是一次雷电灾害.产生的原因是该建筑物没有雷电防护装置,当建筑物附近发生地闪时,电阻压降在树木与屋面边沿之间的电压差产生了雷电反击;雷电磁场在建筑物内部导线回路的开路最大感应电位击穿了开关面板和电子设备的主板,使电子设备受损.并据此提出雷电防御对策.     

城市地铁交通雷击风险评估与模拟仿真

雷电灾害是城市地铁交通安全运行的潜在危险因素,因此对地铁进行科学规范的雷击风险评估并采取针对性的防雷技术措施就显得非常重要。借鉴自然灾害风险区划的理论及方法,提出了城市地铁交通沿线区段、地面建筑单体雷击风险评估的方法,建立了地面高架站接触网架空地线雷击感应过电压仿真模型。以呼和浩特地铁交通项目为实例,给出了地铁沿线区段雷击区域评估指标,通过对地铁沿线的地闪定位、雷电灾害、土壤电阻率及周边环境等数据资料的分析计算得出区域风险评估结果;并对雷击极高风险区段的地面建筑物单体进行了评估,结果表明入户管线附近落雷是建筑物单体总雷击次数的主要因素;进而对雷击附近大地在高架站接触网架空地线产生的感应过电压进行了模拟计算,给出了雷击点距架空地线的距离、高架桥高度以及架空地线支柱接地电阻和间距等因素对感应过电压的影响规律。城市地铁交通全线段及差异化防雷评估技术手段,为城市地铁交通防雷设计和安全运行提供更加客观准确的科学依据。     

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。     

雷击时建筑物内磁场分布的研究

提出了雷击时室内磁场分布的计算方法,分析了雷击建筑物时在室内产生的磁场的一些特点,比较了不同结构的雷电保护系统对磁场分布的影响．实验结果验证了计算方法的正确性．     

对输电线击杆率的探讨

输电线路的击杆率不仅与地形、杆塔高度、结构有关,而且与雷电流的幅值和概率有关,直接影响到线路雷击跳闸率计算.比照规程推荐的击杆率,应用电气几何模型原理,探讨了线路平均击杆率.     

SPD在综合防雷中的应用

防雷不仅要防护直接雷击,而且要防护雷电电磁脉冲LEMP;从三维空间设防,采用外部防雷和内部多级防雷的综合布局;形成综合防雷技术.分析SPD的结构原理和雷电特点,确定SPD的选型、安装位置、及级间配合等.     

直流换流站出口L-C型辅助防雷滤波装置

为降低直流输电线路遭受雷击后在换流站设备上产生的过电压,对高频谐波进行抑制,提出在±500 kV换流站出口处加装一组L-C型辅助防雷滤波装置.首先,分析了L-C型辅助防雷滤波装置的结构原理和防雷保护特性,并对其进行参数选取.其次,研究了直流侧进线段和换流站各设备的建模方法,在PSCAD/EMTDC中搭建±500 kV换流站直流侧雷电过电压模型进行仿真分析,仿真结果验证了所提方法的有效性和可行性.最后,针对算例分析了雷击故障和换流站直流母线短路这两种情况,提出应该对L-C型辅助防雷滤波装置采用一定的保护措施,以确保其安全.     

建筑物尺度对避雷针防雷性能影响的数值评估

为研究闪电先导与地面建筑物的相互作用,根据长间隙放电的物理过程建立了包含上行迎面正先导的三维负极性先导发展模型。利用模拟电荷法计算了电晕区的电位分布及电晕电荷量,作为上行正先导是否满足激发起始的判断条件,建立了上行正先导的起始传播模型,利用该模型评估了建筑物形状特征对于闪击距离的影响。研究表明:随着回击电流峰值、建筑物垂直高度或避雷针高度的增大,闪击距离也逐步增大;在建筑物垂直高度不变的条件下,随着避雷针高度的增加,闪击距离逐步增大,当避雷针高度大于30m后,闪击距离的变化不再明显。     

基于ANSYS的海上风机塔筒的自振特性分析

海上风电项目是可再生能源开发和利用的焦点,在开发海上风能的过程中,风机塔筒的自振特性是影响结构安全的重要一环.本文以某一风机塔筒为例,采用ANSYS有限元分析软件进行模态分析,讨论了3种处理质量、刚度非连续变截面塔筒结构的数值模拟简化建模方法,并比较3种方法在自振频率计算方面的准确性.研究表明,采用最大外径进行简化建模可以大大减小前两阶自振频率计算的误差率,所得结论可为类似结构自振频率简化计算提供依据,对于保证海上风电项目的安全性和可靠性有重要意义,具有一定的工程参考价值.     

天然气长输管道工程站场雷击风险评估

天然气长输管道工程是天然气发展"十二五"规划的重要组成部分,由于天然气具有易燃易爆等特性,在管网输送过程中一旦发生雷击事故,后果不堪设想。因此,应正确的认识和评价雷电灾害风险,建立一套行之有效的评估方法,为燃气行业防雷减灾提供科学的指导依据。以德清-嘉兴天然气长输管道工程南郊站为例,通过现场勘测,分析其雷击环境、工艺流程、服务设施等特性,简化评估模型,进而开展雷击风险评估。结果表明:在现有防雷措施下,站场工艺区人身伤亡损失风险R1值远大于风险容许值RT=1×10-5,雷击风险主要是由雷电直接击中工艺区和雷击相连服务设施产生危险火花放电而触发火灾或爆炸造成的物理损害风险分量RB和RV所引起的。由此提出高效的防雷完善措施,将人身伤亡损失风险控制在可承受风险值以内。     

考虑上行先导情况下建筑物闪击距离和吸引半径研究

现国内外的建筑物雷电防护标准广泛采用电气几何模型(EGM)来考虑防护效果,电气几何模型(EGM)主要是基于长间隙放电实验和若干半经验公式得出的,在得到等效结果的同时却未能从物理过程方面进行详尽的描述。而先导发展模型充分考虑了闪击放电过程,从微观物理机制方面描述了闪击的发展过程,是一种比电气几何模型描述更加精确的闪电物理模型。使用先导发展模型通过对多种情况的模拟,得到了不同电流强度下建筑物闪击距离和吸引半径与建筑物高度三者间的关系。通过研究后发现在充分考虑上行先导情况的先导发展模型中,当建筑物高度较低且电流强度较小时,得到的闪击距离和吸引半径小于传统电器几何模型(EGM)结果。模型得到的结果表明了对于高大建筑物以及发生大电流闪击时,仅通过防护标准中得到的结果已不能充分满足保护需要。研究结果可为建筑物雷电防护设计提供更加切合实际的参考依据。