雷电是常见的自然现象，常常是造成众多灾害性事故的直接或间接原因，因此，对雷电活动进行实时监测具有重要意义。
　　对雷电的探测从富兰克林算起已有200多年的历史。本世纪40年代人们开始致力于雷电多站定位技术的研究。70年代中期，随着微电子技术的发展及雷电回击场基础性的研究取得的可喜成就，雷电遥测技术得到迅速发展。由美国M.A.Uman、E.P.Krider等人研制的精确定位的雷电定位系统(LLS)已成功地应用于肯尼迪宇航中心。由于雷电定位系统的卓越功能，很快在世界范围内得到广泛应用。
　　雷电定位系统能大范围的实时遥测地闪发生的时间、地点、雷电流幅值、极性与回击次数，呈现在监测人员面前的是一幅雷电活动的动态图。调度人员可以依据雷电动态图及时掌握雷电的活动轨迹，便于在事故情况下做出正确判断，制订可靠的运行方式。是保证电力系统安全运行的手段之一。当线路雷击跳闸时，能比较精确的指示雷击故障点，避免全线巡视，缩短抢修时间，提高生产率。

1.1　原理框图
　　雷电定位系统由若干个(3个或3个以上)定向仪(ALDF)、位置分析仪(NPA)和若干个本地或远方显示仪(NDS)组成。它们之间大都相隔几十至几百km，用通讯通道把它们连接起来组成一个庞大的雷电遥测网。原理接线框图如图1。

图1　雷电定位系统原理接线框图

　　各方向探测仪探测到地闪的角度、极性、辐射场峰值、处理时间，这些数据经ALDF中的CPU处理后送给位置分析仪，由其完成数据的处理，对雷击点位置进行定位计算，每次雷电发生的时间、经纬度、回击次数、雷电流大小都在屏幕上显示出来，同时将雷电数据送给显示仪进行雷电数据显示和屏幕位置显示。

1.2　定向原理
　　如图2所示，DF有两个十字正交的框形天线，分别置于东西和南北方向。当A地发生地闪，东西向和南北向天线接收到的磁场强度分别为HWE和HNS,则

　　由此，便可求得此地闪对DF的方向角α。

图2　DF定向原理图

1.3　定位原理
　　NPA接收到各ALDF测量的雷电数据，包括雷电的方位角、极性、信号强度和回击数，首先对数据进行时间一致性判断，确定是同一雷击后，再进行选优处理，取出信号强度最大的两个站作为定位站。NPA中预先存有各ALDF的地理坐标，NPA利用这些坐标和ALDF送来的方位角采用球面三角定位法进行定位计算。
1.4　覆盖原则
　　每个DF站可整定一个有效探测半径r,决定DF的灵敏度，通常采用中增益，r=200km，在此范围内接收到的雷电信号强度大，误差小。但一个DF站不能定位，两个DF站共同有效的探测部分才是定位系统的覆盖范围，如图3粗黑线包围部分。

图3　雷电定位覆盖原则

　　当方位角α≤10°～15°时，由于α探测的较小误差会引起定位的较大偏移，是精确定位不能允许的。因此，把基线(两个DF的连线)附近的一个区域整定为探测的“死区”，不予定位计算。如图3中的阴影部分。另外，若雷击发生在DF附近，接收信号超量程，也不计算，所以DF站周围也是探测“死区”，为此需增加DF₃以消除“死区”。在实际运行中，常会发生某一个站由于停电、通道故障或DF设备故障引起失效，出现两站运行的死区，因而4个DF站的雷电定位系统才是比较完善且具备一定覆盖范围的探测系统。

2　雷电定位系统组成

　　方向探测站(ALDF)，位置分析仪(NPA)和显示系统(NDS)是雷电定位系统的3个组成部分。除各自独立功能所需的电路和终端设备外，都包含有预编程序的微计算机，是一整套计算机在线雷电探测的高技术系统。
2.1　雷电方向探测仪(ALDF)
　　方向探测站是雷电定位系统的3个组成部分之一，主要完成雷电电磁辐射的接收以及一些初始的处理工作。其原理框图如图4所示。
　　图中磁场天线用来接收雷电电磁辐射；电场天线用来测定雷电极性；多功能板对天线接收的信号进行放大、滤波、积分等处理；逻辑板主要是判断云闪与地闪、峰值保持和峰值采样；CPU板进行数据的初始处理。

图4　ALDF原理框图

　　ALDF利用带宽1kHz～1MHz的天线和电子线路接收回击辐射的电磁场，由逻辑判断电路对接收的信号进行波形分析，使其只对地闪响应，拒收云闪和一切不满足地闪波形的干扰信号。如果探测到的波形符合雷电地闪波形的特征，就计算该地闪的方位角和信号强度，并将数据送给NPA。
2.2　雷电位置分析仪(NPA)
　　雷电位置分析仪是雷电定位系统的核心部分，它是一个由微机构成的计算中心与雷电数据库中心，主要实现对各ALDF信号的采集以及雷击点位置与雷电流的计算，并对数据进行各种统计处理。
　　当某次雷击发生时，各ALDF几乎同时探测到这次雷击并将处理过的数据送到NPA。NPA同时接到多个ALDF送来的数据，首先对数据进行时间一致性判断，确定为同一雷击后，再进行优化处理，取出信号强度最大的两个站作为定位站，利用NPA中预先存有的各站的地理坐标，采用球面三角定位法进行定位计算，计算出雷电发生的时间、地点(经纬度)、雷电流幅值、极性和回击次数等雷电参数，在终端设备(显示屏)上输出，并通过多路接口将定位数据送至NDS显示。
2.3　雷电显示系统(NDS)
　　雷电显示系统是一个由微机构成的网络化的雷电显示终端，主要实现雷击点位置以及雷暴运动轨迹的屏幕彩色显示。NDS中预先存入所需监测区域的地图，NDS接收到NPA传来的定位数据后，根据雷电的极性和经纬度，通过一系列的变换和计算处理，使其成为屏幕上的象素坐标，将雷击点定位在屏幕地图的相应位置上。雷击点的彩色可以按整定的时间间隔改变，通常每隔一小时变一次颜色。这样，监测人员可直接在彩色屏幕上从时空两方面监视每一次雷击的落雷点以及整个雷暴的发生、发展运动轨迹。

3　黑龙江省雷电定位系统组成

　　黑龙江省从1993年起开始安装雷电定位系统，整个工程分两期进行，于1995年6月全部完成。中心站(包括一位置分析仪NPA和一雷电显示仪NDS)设在省电力科学研究院。为了便于调度人员及时掌握雷电活动的情况，在省电力调度局装有一套显示终端。根据黑龙江省具体情况，全省共装12个雷电探测站，分别位于尚志、宾县、方正、佳木斯电业局、红兴隆、桦南、齐齐哈尔电业局、大庆电业局、新华电厂、绥化电业局、牡丹江电业局试验所和渤海变电所。这样，黑龙江省绝大部分电网都在整套系统的有效覆盖范围之内。
3.1　系统组成框图
　　黑龙江省雷电定位系统组成框图如图5所示。
3.2　各探测站地理位置
　　各探测站的地理位置如表1所示。

表1　各探测站地理位置表

　　注：各站的经纬度为GPS全球定位系统实测值、磁偏角由当地五万分之一军用地图查得。

图5　系统组成框图

4　黑龙江省雷电定位系统定位数据分析

　　黑龙江省雷电定位系统共12个探测站，有效范围能够覆盖全省大部分地区及周边地区，我省全部220kV线路都在有效探测范围之内。统计数据以黑龙江省有效探测范围为主，因此，以北纬47°00′、东经129°00′为中心，450km为半径定义统计地区，来覆盖全省220kV线路所在地区，只统计该区范围内的雷电数据。
　　1997年，我省雷电定位系统由6月运行至10月，在所定义的统计地区内接收并定位27740个地闪信号，其中，正闪6064个，占21.86%。全年123个雷电日，1467个雷电小时，平均每个雷电日11.93个雷电小时，每个雷电小时18.91个地闪，其中4.13个正闪。详见表2。
　　雷电活动统计表中雷电日是指接收有雷电数据的天数，雷电小时是指接收有雷电数据的小时数，地闪是指云对地放电的闪电，正闪是指雷电流极性为正极性的地闪。

表2　1997年雷电活动统计表