雷電是造成電網(wǎng)故障的首要原因，我國電網(wǎng)每年遭受雷擊35萬余次，輸電系統(tǒng)雷擊跳閘數(shù)占總跳閘數(shù)的50%以上，嚴(yán)重威脅電網(wǎng)安全運(yùn)行。隨著電網(wǎng)升級擴(kuò)大，全面提升雷擊防護(hù)水平的需求愈加凸顯。

在2015年度國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)榜單中，“電網(wǎng)雷擊防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目榮獲國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)，是我國防雷領(lǐng)域迄今為止榮獲的最高科技獎(jiǎng)勵(lì)。

該項(xiàng)目研發(fā)出國際領(lǐng)先的廣域雷電地閃監(jiān)測系統(tǒng)，開發(fā)了雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估軟件及系列差異化防護(hù)裝置，研制出填補(bǔ)國際空白的輸電線路雷擊監(jiān)測系統(tǒng)，構(gòu)建了集分析模型與評估軟件、監(jiān)測系統(tǒng)與基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、防護(hù)方法與裝置和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)為一體的電網(wǎng)防雷技術(shù)體系，在雷擊放電理論、防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)和工程應(yīng)用方面均取得重大突破。

攻克4大關(guān)鍵技術(shù)

據(jù)了解，針對我國雷電基礎(chǔ)數(shù)據(jù)匱乏、雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估方法不完善、雷擊差異化預(yù)防技術(shù)缺失和雷擊故障處置效率低下等突出問題，項(xiàng)目基礎(chǔ)研究和技術(shù)研發(fā)相結(jié)合，攻克了雷擊接閃放電機(jī)理揭示、雷電地閃準(zhǔn)確探測、雷擊風(fēng)險(xiǎn)精細(xì)化評估與設(shè)防、雷擊故障準(zhǔn)確辨識(shí)等突出難題。

雷電是一種十分復(fù)雜的天氣現(xiàn)象，只有通過不同手段綜合運(yùn)用，才能從根本上發(fā)現(xiàn)雷電發(fā)生發(fā)展的規(guī)律。為準(zhǔn)確捕捉雷電全過程數(shù)據(jù)，在雷暴頻發(fā)的天氣，項(xiàng)目組成員一直堅(jiān)守在高溫封閉實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，觀察雷擊過程、采集分析雷擊數(shù)據(jù)，通過不斷總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，最終成功捕獲到國內(nèi)外時(shí)空分辨率最高、過程最詳盡的地閃圖像，并在國際上首次清晰觀測到長間隙放電下行先導(dǎo)梯級發(fā)展過程，為雷電機(jī)理研究提供了精確可靠的基礎(chǔ)雷電數(shù)據(jù)。

在雷擊差異化防護(hù)方面，從建立電磁力、風(fēng)力疊加作用下雷擊短路電弧運(yùn)動(dòng)過程計(jì)算模型，到最終提出基于雷電分布、地形地貌、線路結(jié)構(gòu)等特征，差異化實(shí)施疏、堵技術(shù)的防護(hù)方法，有效避免了設(shè)備損毀事故，已成為電網(wǎng)防雷的標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)模式。

在輸電線路雷擊故障辨識(shí)方面，項(xiàng)目研發(fā)團(tuán)隊(duì)在國際上首次提出輸電線路暫態(tài)過程臨近監(jiān)測技術(shù)，成功解決復(fù)雜電磁環(huán)境下行波可靠采集的技術(shù)難題，研制出輸電線路瞬態(tài)電流行波監(jiān)測終端，提出了利用電流行波波形特征辨識(shí)雷擊中避雷線、桿塔、導(dǎo)線、大地的方法。

工程應(yīng)用效益顯著

在工程應(yīng)用上，“項(xiàng)目在電力、鐵路、石化等行業(yè)的雷害防治中產(chǎn)生了顯著的應(yīng)用效果，保障電力、鐵路和石化行業(yè)安全生產(chǎn)的總間接效益超百億元，對國防和民用重要基礎(chǔ)設(shè)施的雷電災(zāi)害防治具有重大應(yīng)用價(jià)值。”項(xiàng)目組負(fù)責(zé)人稱。

據(jù)介紹，2011-2014年國網(wǎng)公司輸電系統(tǒng)雷擊故障率逐年下降，與2010年相比平均值降低50%；監(jiān)測系統(tǒng)指導(dǎo)、快速處置了6800余次輸電線路雷擊故障，有力保障了輸電網(wǎng)安全，節(jié)省人力超過40萬人˙天。京滬高鐵及城市軌道交通雷擊故障率降低70%以上。項(xiàng)目成果還在石油、煤炭等行業(yè)推廣應(yīng)用，社會(huì)效益十分突出。

項(xiàng)目研發(fā)的兩大監(jiān)測系統(tǒng)——廣域雷電地閃監(jiān)測系統(tǒng)和輸電線路雷擊監(jiān)測系統(tǒng)已成為電網(wǎng)的重要支撐系統(tǒng)，廣域雷電地閃監(jiān)測系統(tǒng)覆蓋全國電網(wǎng)，雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估模型與軟件應(yīng)用于24個(gè)省級電網(wǎng)，輸電線路雷擊監(jiān)測系統(tǒng)應(yīng)用于20個(gè)省級電網(wǎng)，雷擊差異化防護(hù)技術(shù)在全國推廣應(yīng)用。

廣域雷電地閃監(jiān)測系統(tǒng)已實(shí)現(xiàn)全國聯(lián)網(wǎng)，以系統(tǒng)積累的超過10年的雷電數(shù)據(jù)，繪制出電網(wǎng)雷電地閃密度分布圖，成為防雷設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。雷擊風(fēng)險(xiǎn)評估系統(tǒng)解決了美國電氣幾何模型無法準(zhǔn)確計(jì)算山區(qū)、高桿塔線路雷擊故障概率的突出問題。輸電線路雷擊監(jiān)測系統(tǒng)解決了人工巡查輸電線路故障耗時(shí)費(fèi)力的突出問題，填補(bǔ)了國際空白。

此外，項(xiàng)目負(fù)責(zé)人還透露，為了進(jìn)一步深入開展雷電研究，適應(yīng)中小范圍的雷電全閃探測，項(xiàng)目組在現(xiàn)有監(jiān)測技術(shù)的基礎(chǔ)上，正在開展全閃雷電探測技術(shù)的研究與開發(fā)；在雷電機(jī)理研究方面，主要考慮在超高速光學(xué)設(shè)備方面得到補(bǔ)充、升級；積極開展330千伏及以上超高壓線路用并聯(lián)間隙的研制和應(yīng)用，研制全序列直流線路避雷器、110千伏和220千伏新型雷擊閃絡(luò)限制器；積極開發(fā)35千伏及以下電壓等級配網(wǎng)線路設(shè)備，形成覆蓋全電壓等級的輸配電線路雷擊故障監(jiān)測系列裝置。