电网雷击防护关键技术与应用:构建多维立体电网防雷技术体系

北极星智能电网在线讯: 编者按：自2015年度国家科学技术奖公布以来，引发了社会广泛关注，其中不乏能源技术装备类奖项，本期开始，我们将陆续解读一些代表性的获奖项目，一起感受科技成果的魅力。

雷电是造成电网故障的首要原因，我国电网每年遭受雷击35万余次，输电系统雷击跳闸数占总跳闸数的50%以上，严重威胁电网安全运行。随着电网升级扩大，全面提升雷击防护水平的需求愈加凸显。

在2015年度国家科技进步奖榜单中，“电网雷击防护关键技术与应用”项目荣获国家科技进步二等奖，是我国防雷领域迄今为止荣获的最高科技奖励。

记者从该项目主要完成单位之一的南瑞集团公司了解到，该项目研发出国际领先的广域雷电地闪监测系统，开发了雷击风险评估软件及系列差异化防护装置，研制出填补国际空白的输电线路雷击监测系统，构建了集分析模型与评估软件、监测系统与基础数据、防护方法与装置和技术标准为一体的电网防雷技术体系，在雷击放电理论、防护关键技术和工程应用方面均取得重大突破。

攻克4大关键技术

据了解，针对我国雷电基础数据匮乏、雷击风险评估方法不完善、雷击差异化预防技术缺失和雷击故障处置效率低下等突出问题，项目基础研究和技术研发相结合，攻克了雷击接闪放电机理揭示、雷电地闪准确探测、雷击风险精细化评估与设防、雷击故障准确辨识等突出难题。

广域雷电地闪监测系统主要是针对地闪进行监测，并适用于广域大范围的组网建设。项目组负责人告诉记者，“项目开展了长期的雷电信号处理与数字识别模型的建模与测试研究，每一个模型都需要经历万余次波形仿真测试，并进行对应的数据统计与分析。”

“为确保试验数据的准确性，研究成果的实用性，每当隆隆的雷声想起时，项目组成员们都万分激动，期待着每一次良好测试结果的到来。”“由于雷电活动季节性的特点，当大多数人都躲在屋内享受空调带来的凉爽时，项目组成员却冒着武汉的酷暑，长期待在工作温棚，进行着各项研发测试。”上述负责人回忆说。

雷电是一种十分复杂的天气现象，只有通过不同手段综合运用，才能从根本上发现雷电发生发展的规律。为准确捕捉雷电全过程数据，在雷暴频发的天气，项目组成员一直坚守在高温封闭实验室内，观察雷击过程、采集分析雷击数据，通过不断总结经验，最终成功捕获到国内外时空分辨率最高、过程最详尽的地闪图像，并在国际上首次清晰观测到长间隙放电下行先导梯级发展过程，为雷电机理研究提供了精确可靠的基础雷电数据。

在雷击差异化防护方面，从建立电磁力、风力叠加作用下雷击短路电弧运动过程计算模型，到最终提出基于雷电分布、地形地貌、线路结构等特征，差异化实施疏、堵技术的防护方法，有效避免了设备损毁事故，已成为电网防雷的标准技术模式。

在输电线路雷击故障辨识方面，项目研发团队在国际上首次提出输电线路暂态过程临近监测技术，成功解决复杂电磁环境下行波可靠采集的技术难题，研制出输电线路瞬态电流行波监测终端，提出了利用电流行波波形特征辨识雷击中避雷线、杆塔、导线、大地的方法。

工程应用效益显著

在工程应用上，“项目在电力、铁路、石化等行业的雷害防治中产生了显著的应用效果，保障电力、铁路和石化行业安全生产的总间接效益超百亿元，对国防和民用重要基础设施的雷电灾害防治具有重大应用价值。”项目组负责人称。

据介绍，2011-2014年国网公司输电系统雷击故障率逐年下降，与2010年相比平均值降低50%;监测系统指导、快速处置了6800余次输电线路雷击故障，有力保障了输电网安全，节省人力超过40万人˙天。京沪高铁及城市轨道交通雷击故障率降低70%以上。项目成果还在石油、煤炭等行业推广应用，社会效益十分突出。

项目研发的两大监测系统——广域雷电地闪监测系统和输电线路雷击监测系统已成为电网的重要支撑系统，广域雷电地闪监测系统覆盖全国电网，雷击风险评估模型与软件应用于24个省级电网，输电线路雷击监测系统应用于20个省级电网，雷击差异化防护技术在全国推广应用。

广域雷电地闪监测系统已实现全国联网，以系统积累的超过10年的雷电数据，绘制出电网雷电地闪密度分布图，成为防雷设计的基础。雷击风险评估系统解决了美国电气几何模型无法准确计算山区、高杆塔线路雷击故障概率的突出问题。输电线路雷击监测系统解决了人工巡查输电线路故障耗时费力的突出问题，填补了国际空白。

此外，项目负责人还透露，为了进一步深入开展雷电研究，适应中小范围的雷电全闪探测，项目组在现有监测技术的基础上，正在开展全闪雷电探测技术的研究与开发;在雷电机理研究方面，主要考虑在超高速光学设备方面得到补充、升级;积极开展330千伏及以上超高压线路用并联间隙的研制和应用，研制全序列直流线路避雷器、110千伏和220千伏新型雷击闪络限制器;积极开发35千伏及以下电压等级配网线路设备，形成覆盖全电压等级的输配电线路雷击故障监测系列装置。