火箭引雷至架空線路與地面電流對比分析

蔡 力 杜懿陽 胡 強 彭向陽 陳紹東

火箭引雷至架空線路與地面電流對比分析

蔡 力1杜懿陽1胡 強1彭向陽2陳紹東3

（1. 武漢大學電氣與自動化學院 武漢 430072 2. 廣東電網有限責任公司電力科學研究院 廣州 5100003. 中國氣象局廣州熱帶海洋氣象研究所 廣州 510080）

2018—2019年夏季在廣州從化開展了火箭引雷試驗，雷擊對象分為兩種，分別是架空線路和地面。對比了兩種引雷情況下各階段雷電流的電流波形參數的差異，發現引雷至地面情況下初始階段的最大電流、平均電流、轉移電荷、作用積分分別是引雷至架空線路情況下的2.8、2.4、2.0、5.3倍。引雷至地面情況下回擊的上升時間幾何均值為0.25 μs，小于引雷至線路情況下的0.60 μs，而對于電流峰值等其他回擊波形參數而言，差異不明顯。M分量與初始連續電流脈沖類似，引雷至線路情況下的電流峰值、轉移電荷、連續電流水平均小于引雷至地面情況下的。基于諾頓電流源等效電路模型分析兩種引雷情況下雷電流不同階段存在差異的原因，可能是雷電在不同電流階段時其通道等效阻抗不一樣所導致的。

火箭引雷 架空線路 雷電流 回擊

0 引言

雷電災害是影響電力系統安全穩定運行的重要因素，獲取真實的雷電參數對電力系統雷電防護具有重要意義[1-4]。火箭引雷技術可以在特定的時間和地點進行引雷，并且能夠把雷電引向指定的被擊對象，很好地解決了自然閃電隨機性強、難觀測的問題[5]。相關學者研究了火箭引雷和自然閃電的相似性，證明火箭引雷回擊可以用來模擬自然閃電的繼后回擊[6-8]。目前積累的火箭引雷雷電觀測數據絕大部分來自直擊地面的閃電，關于雷擊架空線路的觀測資料還比較少。

雷電流是雷電研究的重要參數，對雷電防護研究非常有益。例如，它可以用來估算先導攜帶的電荷量。測量雷電流的主要方法有通過帶測量儀器的高塔、人工引雷、閃電定位系統估算和磁場反演等[9-11]。一次人工觸發閃電的電流波形主要可以分為初始階段（Initial Stage, IS）、回擊（Return Stroke, RS）和M分量三部分。人工觸發閃電的初始階段是自然下行地閃所不具備的，但研究人工觸發閃電的初始階段可以幫助理解從高大結構（如高塔、輸電線路、山區架空線路）上始發的自然上行閃電。M. Miki等[12]比較了人工觸發閃電初始階段電流參數和高塔始發的自然上行閃電的相應參數，認為兩者基本相似。Qie Xiushu等[13]于2014年報告了在中國山東測量的6次火箭引雷的初始階段電流參數，而Zheng Dong等[14]于2017年報告了在中國廣東測量的45次火箭引雷的初始階段電流參數。初始階段會疊加一些明顯的脈沖，這些脈沖被稱為初始連續電流脈沖（Initial Continuing Current Pulse, ICCP）。

回擊是閃電電流波形中最受關注的部分，V. A. Rakov等[15]于1998年報道了不同接地電阻情況下的回擊電流峰值。J. Schoene等[16]于2009年報道了1999—2004年在佛羅里達州Camp Blanding獲得的回擊電流數據。Zheng Dong等[14]于2017年報道了2008—2016年在廣州從化測得的50個觸發閃電的回擊電流波形參數。

M分量是發生在回擊之后疊加在連續電流之上的脈沖，首次由D. J. Malan進行研究并命名[17]。Zhang Yijun等[18]總結了2006—2016年在廣州從化獲取的M分量電流波形參數。Ma Zilong等[19]基于2005—2017年在山東濱州進行的火箭引雷試驗，分析了109個M分量的電流波形參數。

相關研究已經表明被擊物體的屬性會影響雷電的參數，例如，當閃電擊中數百米的高塔時，雷電流會在高塔的阻抗不連續處發生折反射，這會增強高塔內部的雷電流，增強的雷電流會輻射出更強的電磁場[20-23]。閃電直接擊中地面與閃電直接擊中架空線路兩種情況下雷電流的泄流路徑非常不同，獲取真實的架空線路直擊雷的雷電參數并分析它與地面直擊雷雷電參數的異同，對電力系統雷電防護十分有益。本文將比較分析引雷至地面和引雷至架空線路兩種情況下火箭引雷的初始階段、回擊及M分量的電流參數特征，并分析產生差異的原因。

1 火箭引雷試驗裝置及數據

2018—2019年夏季，武漢大學雷電防護與接地技術教育部工程研究中心與廣東電科院、中國氣象局合作，在廣州野外雷電實驗基地開展了國內首次引雷至架空線路的火箭引雷試驗。

火箭引雷的基本過程如下：使用大氣電場儀、氣象雷達等設備，判斷環境電場合適時，向雷暴云發射一枚小火箭，小火箭尾部連接著數百米長的金屬導線。由于金屬導線的快速上升，小火箭頭部的電場會發生強烈畸變，從而在火箭頭部誘發上行先導。當上行正先導發展至雷暴云內后，會誘使雷暴云沿著這條通道發生強烈的放電，類似于自然閃電的箭式先導-繼后回擊的放電過程。

雷擊對象分為兩種，一種是架空線路，另一種是地面。圖1給出了試驗現場的布置圖。當引雷至地面時，雷電流由引流桿引入安裝在地面發射架中的電流測量設備，經測量后直接流入土壤（接地電阻為6.7 Ω）。當引雷至架空線路時，雷電流首先由引流桿引入安裝在塔發射架頂部的電流測量設備，測量后經一根導線流入10 kV架空線路，最后絕大部分的雷電流經最近的兩基桿塔流入土壤。架空線路每級桿塔采用單根垂直接地體接地，桿塔接地電阻為25～110 Ω。架空線路總長為1 513 m，共包含22基桿塔，桿塔高度為10 m，間距為70 m。

圖1 試驗現場布置

電流測量設備為1 mΩ同軸分流器（Hilo公司ISM系列同軸分流器），3 dB帶寬為DC～200 MHz，可測量雷電流的范圍為-50～50 kA。電流信號由光纖傳輸采集系統（HBM公司ISOBE5600）傳輸至控制室內，由日本橫河高速多通道數字示波器（DL850E）進行采樣，采樣率為設備上限50 MHz，采樣時間為2 s。整個電流測量系統的帶寬為20 MHz。2018—2019年共成功觸發了60次閃電，其中34次雷擊對象為地面，26次雷擊對象為架空線路。總回擊數為225次，其中引雷至地面的回擊數為105次，引雷至架空線路的回擊數為120次。

一次典型的觸發閃電的電流波形如圖2所示。

圖2 一次典型觸發閃電的電流波形

火箭引雷的電流波形主要由初始階段電流（其中包含初始階段電流脈沖ICCP）、回擊階段電流和回擊之后疊加在連續電流之上的M分量組成。

2 試驗結果

2.1 初始階段電流參數

可供定量分析的初始階段電流波形樣本為30個，其中15個為擊中架空線路的情況，15個為擊中地面的情況。為了定量分析初始階段電流波形，定義了5個波形參數[14]，分別是最大電流max（kA）、平均電流ave（A）、轉移電荷（C）、作用積分I（103A2·s）、持續時間D（ms）。轉移電荷指的是電流的積分，而作用積分是指電流二次方的積分，定義式分別為

平均電流的定義為轉移電荷除以持續時間，表達式為

這30個初始階段電流波形參數的分布如圖3所示。采用箱線圖來展示數據的分布，能夠直觀地顯示數據的最大值、最小值、上四分位點、下四分位點及中位數。

如圖3a所示，引雷至地面情況下，初始階段的平均電流的算術均值和幾何均值分別為198.0 A和133.9 A，引雷至架空線路情況下則分別為64.9 A和56.2 A。引雷至地面情況下初始階段的平均電流約為引雷至架空線路情況下的2.4倍。

類似地，從圖3b～圖3d可以看出，引雷至地面情況下初始階段的最大電流、轉移電荷和作用積分同樣遠大于引雷至架空線路情況下。當引雷至地面時，幾何均值分別為1.7 kA、29.5 C和8.0×103A2·s。當引雷至線路時，幾何均值分別為0.6 kA、15.0 C和1.5×103A2·s。

而從圖3e中可以發現，在兩種引雷情況下，初始階段的持續時間沒有明顯差異。引雷至地面時，初始階段持續時間的算術均值和幾何均值分別為275.7 ms和220.2 ms，引雷至架空線路時，初始階段持續時間的算術均值和幾何均值分別為300.7 ms和267.1 ms。

圖3 初始階段電流波形參數分布

需要注意的是，Zheng Dong等[14]的試驗地點與本文的試驗地點相同，試驗情況是引雷至地面，所得到的初始階段的平均電流、最大電流、轉移電荷、作用積分和持續時間的幾何均值分別為132.5 A、1.3 kA、45.1 C、10.0×103A2·s和347.9 ms，與本文中引雷至地面的結果相似，但與引雷至架空線路的結果有很大不同。這意味著架空線路的存在大大降低了初始階段的最大電流、平均電流、轉移電荷和作用積分，卻并不影響初始階段的持續時間。

2.2 初始連續電流脈沖電流參數

本文可供定量分析的ICCP樣本一共有52個，其中引雷至地面有31個，引雷至架空線路有21個。為了定量分析ICCP電流波形，參照Zhou Fangcong等[24]的參數定義，對6個波形參數進行了統計，分別是電流峰值P（A）、10%～90%上升時間10-90（μs）、半峰值寬度HPW（μs）、持續時間D（μs）、轉移電荷（C）和連續電流水平CC（A）。其中，連續電流水平指ICCP發生時背景電流的大小。

兩種引雷情況下ICCP波形參數的分布如圖4所示。這里采用小提琴圖來展示數據，以便于觀察數據的密度分布。圖4還給出了所有數據點的值以及數據的算術均值±1 SD（SD為標準差），為了方便對比，還將兩種引雷情況數據的算術均值用虛線進行連接。

圖4 初始連續電流脈沖波形參數分布

引雷至地面情況下，ICCP電流峰值的算術均值和幾何均值分別為444.1 A和373.6 A，引雷至架空線路工況下則分別為424.8 A和256.8 A。兩種情況的算術均值很接近，幾何均值有明顯差別，這是因為引雷至架空線路情況下有一個樣本的值為2 583.3 A，明顯偏大。如果排除這個異常樣本，對比幾何均值，可以認為引雷至架空線路情況下ICCP的電流峰值要小于引雷至地面情況下的，約小31%。

從圖4b～圖4d來看，兩種引雷情況下ICCP的10%～90%上升時間、半峰值寬度和持續時間的差別都較小。引雷至地面情況下，ICCP轉移電荷的算術均值和幾何均值分別為0.59 C和0.40 C，引雷至架空線路情況下分別為0.28 C和0.22 C，后者明顯小于前者。這可能與引雷至架空線路情況下ICCP的電流峰值更小以及持續時間略微偏小有關。

引雷至地面情況下，ICCP的連續電流水平的算術均值和幾何均值分別為380.2 A和315.0 A，引雷至架空線路情況下分別為126.8 A和78.8 A，后者明顯小于前者。從圖4f可以看出，引雷至地面情況下ICCP連續電流水平的值主要分布于250～500 A區間，而引雷至架空線路情況下則主要分布于0～250 A區間。造成這種差別的原因與上文分析的引雷至架空線路情況下初始階段的平均電流明顯低于引雷至地面情況下的有關，也就是說引雷至架空線路情況下ICCP發生時所處的背景電流水平更低。

2.3 回擊階段電流參數

回擊是雷電最受關注的階段，因為回擊的上升時間很短，電流幅值很大，能夠輻射出強烈的電磁場，容易對被擊物體或近距離物體造成破壞性損害。本文可供定量分析的回擊電流樣本一共157個，其中擊中地面的樣本87個，擊中架空線路的樣本一共70個。為了定量分析回擊電流波形特征，定義了7個波形參數，即電流峰值P（kA）、10%～90%上升時間10-90（μs）、半峰值寬度HPW（μs）、回擊間隔時間IN（ms）、1 ms內轉移電荷1ms（C）、1 ms內作用積分I-1ms（103A2·s）。回擊的1 ms內轉移電荷和1 ms內作用積分的定義與初始階段的轉移電荷和作用積分定義相同，只是積分間隔是在回擊開始時刻后的1 ms內。回擊間隔時間是指兩次相鄰回擊的時間間隔。這些參數的分布如圖5所示。

引雷至地面情況下，回擊電流峰值的算術均值和幾何均值分別為14.6 kA和13.4 kA，而引雷至架空線路情況下則分別為18.0 kA和16.4 kA。看起來架空線路的存在增加了測得的回擊電流峰值，但V. A. Rakov[20]比較了雷電擊中不同高度物體時測得的雷電回擊電流峰值發現，測量的回擊電流峰值不會受到物體本身的影響。J. Schoene等[16]對全長628 m的架空線路開展了引雷實驗，也得到了類似的結論，雷擊架空線路的回擊電流峰值和雷擊地面的比較接近，幾何均值分別為12.4 kA和11.1 kA。Zheng Dong等[14]的試驗地點與本文相同，試驗工況為引雷至地面，測得的回擊電流峰值的算術均值和幾何均值分別為17.7 kA和16.4 kA，與本文的引雷至架空線路情況下測得的回擊電流峰值較一致。圖5a顯示兩種引雷情況下回擊電流峰值的分布模式是相似的，樣本最大分布區間均為8～16 kA，均占30%以上。

圖5 回擊電流波形參數分布

當引雷至架空線路時，回擊電流10%～90%上升時間的幾何均值為0.6 μs，是引雷至地面情況（0.25 μs）的2.4倍。如圖5b所示，對于引雷至地面的情況，大多數回擊的10%～90%上升時間都分布在0.1～0.3 μs之內，占71%。對于引雷至架空線路的情況，占比最大的范圍是0.4～0.6 μs，占68%。在J. Schoene等[16]的比較試驗中，當引雷至地面時，回擊電流10%～90%上升時間的幾何均值為0.4 μs，引雷至架空線路時則為1.2 μs，同樣表明架空線路的存在增加了回擊電流的10%～90%上升時間。這種增加效應很可能是由于引雷至架空線路時雷電流遇到了較大的線路特征阻抗（數百歐姆）所造成的。

引雷至地面時，半峰值寬度的算術均值和幾何均值分別為13.1 μs和9.9 μs；引雷至架空線路時，半峰值寬度的算術均值和幾何均值為12.0 μs和6.8 μs。架空線路的存在似乎降低了回擊電流的半寬時間，但這種差異不夠明顯，特別是從算術均值來看。圖5c顯示引雷至架空線路時半峰值寬度的最大分布區間為0～3 μs，占33%，引雷至地面時半峰值寬度最大分布區間為3～6 μs，占24%。

兩種引雷情況下回擊間隔時間沒有明顯差異。當引雷至架空線路時，回擊間隔時間的幾何均值為38.2 μs，引雷至地面時的幾何均值為41.9 μs。回擊間隔時間的最小值為2.4 ms，最大值達到499.9 ms，

本文的回擊1 ms內轉移電荷的幾何均值在引雷至地面時為0.8 C，引雷至架空線路時為1.1 C，這與Qie Xiushu等[13]測得的0.86 C較為接近。在 J. Schoene等[16]的比較試驗中，當引雷至地面時，回擊電流的1 ms內轉移電荷的幾何均值為0.8 C，引雷至架空線路時則為1.1 C，與本文的測量結果接近。作用積分表征了雷電流的電阻能量，本文的回擊1 ms內作用積分的幾何均值在引雷至地面時為2.6×103A2·s，引雷至架空線路時為3.5×103A2·s。引雷至架空線路情況下1 ms內轉移電荷和1 ms內作用積分的幾何均值比引雷至地面情況下的略高，這是因為引雷至架空線路情況下回擊的電流峰值略微更高造成的，有研究表明電流峰值越大的回擊轉移的電荷也越多[14]。

2.4 M分量電流參數

回擊的下降沿有時會存在持續時間約為數十毫秒的連續電流，在連續電流上會疊加一些脈沖，這些脈沖的主要特點是上升時間長（約為幾百微秒），幅值小（約為幾百安培），波形近似對稱，這種脈沖被稱為M分量。本文可供定量分析的M分量電流波形樣本為147個，其中引雷至地面的有44個，引雷至架空線路的有103個。針對M分量電流波形定義了6個波形參數，分別為電流峰值P（A）、10%～90%上升時間10-90（μs）、半峰值寬度HPW（μs）、持續時間D（μs）、轉移電荷（C）、連續電流水平CC（A）。這些波形參數的定義方法與R. Thottappillil等[25]的定義方法一致。M分量電流波形參數的分布如圖6所示。

如圖6a所示，引雷至地面情況下，M分量電流峰值的算術均值和幾何均值分別為952.9 A和553.1 A，引雷至架空線路情況下則分別為877.9 A和398.4 A。兩種情況下電流峰值的算術均值很接近，幾何均值有明顯差別，是因為引雷至架空線路情況下有兩個樣本的值大于6 kA，明顯偏大。如果排除這兩個樣本，對比幾何均值，可以認為引雷至架空線路情況下M分量的電流峰值要小于引雷至地面情況下的，約小28%。

圖6 M分量電流波形參數分布

兩種引雷情況下M分量的10%～90%上升時間、半峰值寬度、持續時間的異同規律是一致的，都是引雷至架空線路情況下的偏小，分別見圖6b～圖6d。引雷至架空線路情況下，這三個參數明顯分布得更緊密，更偏向0軸。這三個參數兩種引雷情況下表現出一樣的異同規律可能是因為M分量的電流波形是近乎對稱的，這樣更小的上升時間意味著M分量的下降時間也會更小，從而會有更小的脈沖寬度和持續時間。

如圖6e所示，引雷至地面情況下，M分量轉移電荷量的算術均值和幾何均值分別為0.35 C和0.24 C，引雷至架空線路情況下則分別為0.16 C和0.08 C。引雷至架空線路情況下的轉移電荷明顯低于引雷至地面情況下的，根據轉移電荷的定義，這樣的結果是合理的。因為引雷至架空線路情況下M分量的電流峰值、10%～90%上升時間、半峰值寬度、持續時間均更小，所以轉移的電荷會更少。注意到部分M分量的轉移電荷很多，引雷至地面情況下最大值可達1.17 C，引雷至架空線路情況下最大值可達1.09 C。因此，部分M分量幅值大、上升時間小、轉移電荷多，并且M分量的數量往往比回擊的數量多，所以在雷電防護工作中，M分量也是一個需要考慮的因素。

圖6f給出了M分量連續電流水平的條形圖以及數據點的分布。引雷至地面情況下，M分量連續電流水平的算術均值和幾何均值分別為895.6 A和674.0 A，引雷至架空線路情況下則分別為1 375.6 A和471.7 A。引雷至架空線路情況下算術均值遠大于幾何均值是由于存在3個遠大于6 kA的數據樣本值，明顯偏大，并沒有在圖6f中展示。如果不考慮這3個值，引雷至架空線路情況下M分量所處的背景電流水平更低，這可能意味著架空線路的存在不僅會降低初始階段的平均電流，同樣降低了回擊之后連續電流階段的平均電流。

3 分析與討論

上述分析表明架空線路的存在極大地影響了雷電流的電流參數，且架空線路的存在對雷電流不同階段的影響不同。本節基于圖7所示的諾頓等效電路研究各種物體對雷電流參數的影響，該簡化模型忽略了非線性過程[20]。

圖7 閃電擊中不同物體的諾頓等效電路

圖7中所示的閃電連接點在閃電通道底部，也就是引流桿的頂部，本文測量電流的位置在引流桿的下方。當引雷至地面時，接地電阻（gr）為6.7 Ω；引雷至架空線路時，雷電流遇到的阻抗是架空線路的特征阻抗（c）。本文采用CIGRE技術手冊549（2013）所提出的參數，即400 Ω。當引雷至架空線路時，大部分雷電流從最接近雷擊點的兩基桿塔流入地面，所以圖7中的模型只包含兩基桿塔，雷電流注入點為架空線路中點，因此在引雷至架空線路情況下，雷電流遇到的有效波阻抗約為200 Ω。兩種工況下雷電不同階段的ch和ef見表1。

表1 兩種工況下雷電不同階段的ch和ef

Tab.1 Zch and Zef at different stages of lightning under two conditions

ch為閃電通道的等效阻抗，在本模型中假定它是恒定的。為短路電流，也被稱為“未受干擾”的電流，即當ch=∞和gr=0時的電流。mea為雷擊點的實際測量電流，計算式為

對于初始階段電流來說，架空線路的存在使初始階段的最大電流、平均電流、轉移電荷和作用積分分別降低至引雷至地面情況下的35%、42%、51%和19%。架空線路對初始階段電流參數有很大影響。根據圖7中的模型，只有當初始階段的閃電通道等效阻抗小于線路特征阻抗（200 Ω）時，才會出現這種現象。根據平均電流的降低系數，初始階段閃電通道等效阻抗的估算值為145 Ω（遠大于6.7 Ω）。

對于初始連續電流脈沖來說，架空線路的存在使初始連續電流脈沖的電流峰值和轉移電荷量分別降低至引雷到地面情況下的69%和55%。只有當初始連續電流脈沖的閃電通道等效阻抗與線路特征阻抗處于同一個數量級時，才會出現這種現象。根據初始連續電流脈沖電流峰值的降低量，初始連續電流脈沖的閃電通道等效阻抗的估算值為445 Ω。

對于回擊電流，除了10%～90%上升時間增加為地面情況的2.4倍以外，架空線路的存在對回擊電流峰值沒有明顯影響或者不會降低回擊電流峰值。根據圖7所示模型，只有當回擊階段的閃電通道等效阻抗都非常大時，才會出現這種現象，即對回擊而言，chef，此時，可以把回擊階段的閃電通道視為一個理想的電流源，其閃電通道等效阻抗的準確值無法確定，但本文認為它至少為200 Ω的10倍以上。

對于M分量來說，架空線路的存在對電流的影響與初始連續電流脈沖類似，電流峰值和轉移電荷量分別降低至引雷到地面情況下的72%和33%。根據電流峰值的降低量，M分量的閃電通道等效阻抗的估算值為514 Ω。

4 結論

2018—2019年夏天在廣州開展了引雷至架空線路與引雷至地面兩類的火箭引雷試驗，分析了兩種情況下閃電各階段的雷電流波形特征，主要結論如下：

1）引雷至地面情況下初始階段的最大電流、平均電流、轉移電荷、作用積分分別是引雷至架空線路情況下的2.8、2.4、2.0、5.3倍。兩種引雷情況下初始階段的持續時間沒有明顯差異。

2）兩種引雷情況下回擊電流波形上升時間存在明顯差異，引雷至地面情況下幾何均值為0.25 μs，引雷至架空線路情況下則為0.60 μs。兩種引雷情況下回擊的其他電流波形參數差異不明顯。

3）引雷至架空線路情況下M分量與ICCP的電流峰值、轉移電荷、連續電流水平均略小于引雷至地面情況下的。此外，M分量的上升時間、半峰值寬度、持續時間也小于引雷至地面情況下的，前者分別約為后者的56%、59%、40%。

4）人工引雷試驗中，雷電在不同電流階段其通道的等效阻抗存在顯著差異，基于諾頓電流源等效電路模型推測等效阻抗初始階段雷電通道約為100 Ω，在ICCP階段約為400 Ω，在M分量階段約為500 Ω，在回擊階段大于2 000 Ω。

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Comparative Analysis of Current of Rocket-Triggered Lightning Striking the Overhead Line and the Ground

Cai Li1Du Yiyang1Hu Qiang1Peng Xiangyang2Chen Shaodong3

（1. School of Electrical Engineering and Automation Wuhan University Wuhan 430072 China 2. Guangdong Grid Electric Power Research Institute Guangzhou 510000 China 3. Guangzhou Institute of Tropical and Marine Meteorology China Meteorological Administration Guangzhou 510080 China）

Most of the current rocket-triggered lightning experiments are conducted with lightning strikes on the ground. Related studies have shown that the properties of the struck object affect the parameters of the lightning. The paths of the lightning flow are very different between direct lightning strikes on the ground and direct lightning strikes on overhead line. It is necessary to obtain the lightning parameters of a real overhead line direct strike and analyze the similarities and differences between them and the ground direct strike lightning parameters for power system lightning protection.

Rocket-triggered lightning experiments were conducted at the Guangzhou Field Experiment Site for Lightning Research and Testing in Conghua, Guangzhou, during the summer of 2018 and 2019. Lightning strikes objects are divided into two kinds, one is overhead line and the other is ground. When lightning strikes on the ground, the lightning current is introduced by the inducing rod to the current measuring equipment installed in the ground launcher, and flows directly into the soil after measurement (grounding resistance is 6.7 Ω). When the lightning strikes on overhead line, the lightning current is first introduced by the current measuring equipment installed in the top of the tower launcher, measured and then flows into the 10 kV overhead line via a wire, and finally the majority of the lightning current flows into the soil via the two nearest towers (the characteristic impedance of the overhead line is about 200 Ω). The current parameters characteristics of the initial stage, return strokes and M-components in the case of lightning to ground and lightning to overhead line are analyzed to compare whether they differ and to analyze the reasons for the differences.

The maximum current, average current, transfer charge, and action integral of the initial stage in the case of lightning to the ground are 2.8, 2.4, 2.0, and 5.3 times those of the lightning to the overhead line. There is no significant difference in the duration of the initial stage between two conditions. The geometric mean of the rise time of the return stroke when the lightning strikes the ground is 0.25 μs, which is much smaller than 0.60 μs when the lightning strikes the overhead line. For other waveform parameters of return strokes such as the current peak, the difference is not obvious. The M-components are similar to the initial continuing current pulses, and the current peak value, transfer charge, continuing current level in the case of lightning to the overhead line are all smaller than those of the lightning to the ground. The rise time, half-peak width, and duration of the M-components are also smaller than those of the lightning to the ground, with the former being about 0.56, 0.59, and 0.40 times the latter. Analysis based on Norton current source equivalent circuit model. The reason for the difference in lightning current between the two lightning conditions is that the equivalent impedance of the lightning channel is different in each stage.

Rocket triggered lightning, overhead line, lightning current, return stroke

TM863

10.19595/j.cnki.1000-6753.tces.222127

國家自然科學基金（52177154）和中央高校基本科研業務費專項資金（2042023kf0183）資助項目。

2022-11-11

2022-12-01

蔡 力 男，1987年生，教授，博士生導師，研究方向為雷電防護與接地技術，雷電物理與雷電探測。E-mail：cail@whu.edu.cn（通信作者）

杜懿陽 男，2000年生，碩士研究生，研究方向為雷電物理與雷電防護。E-mail：dyy0318@163.com

（編輯 李 冰）