微雨百花新，一雷驚蟄始。
2021年，浙江全省地閃密度比近四年（2017-2020年）平均地閃密度增加15.8%，閃電落雷更加頻繁。但因雷擊導(dǎo)致停電的事件卻比以前大大減少了。數(shù)據(jù)顯示，全省雷擊跳閘率降低了5.1%。
這背后，是電網(wǎng)抵抗雷電災(zāi)害的技能再次升級(jí)——大數(shù)據(jù)防雷術(shù)。
01.雷電預(yù)警裝置預(yù)知雷電產(chǎn)生
雷云形成過(guò)程中大氣電場(chǎng)變化
雷電從發(fā)生到落下，僅在電光火石間，過(guò)去人們只能通過(guò)看和聽(tīng)了解雷電，但所謂迅雷不及掩耳，從看見(jiàn)到聽(tīng)見(jiàn)的這點(diǎn)時(shí)間，讓人根本來(lái)不及反應(yīng)。
如果能預(yù)知落雷區(qū)域，那么就可以提前作出部署，減少或避免損失發(fā)生。
雷電出現(xiàn)的本質(zhì)是雷云中有不斷變化的電荷出現(xiàn)，這些電荷也會(huì)對(duì)周圍大氣的電場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生影響。晴天大氣電場(chǎng)幅值較小且呈連續(xù)變化趨勢(shì)，而雷電發(fā)生前，隨著起電過(guò)程增強(qiáng)，云中電荷不斷累積，大氣電場(chǎng)幅值逐漸增大，當(dāng)大氣電場(chǎng)幅值達(dá)到大氣擊穿的臨界值時(shí)，就出現(xiàn)了雷電。
因此，想要預(yù)知落雷的發(fā)生，首先要發(fā)現(xiàn)并監(jiān)測(cè)大氣電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，這就要用到雷電預(yù)警裝置。它主要用于探測(cè)大氣中帶電物質(zhì)所引起的地面電場(chǎng)變化，對(duì)局部地區(qū)潛在雷電活動(dòng)及靜電事故進(jìn)行感知。
國(guó)網(wǎng)浙江電力根據(jù)歷史落雷和線路跳閘數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)縝密計(jì)算，優(yōu)化站點(diǎn)選址，在全省雷擊最頻繁的地區(qū)部署了24臺(tái)雷電預(yù)警裝置。每臺(tái)雷電預(yù)警裝置能夠覆蓋15至30公里，可以有效覆蓋監(jiān)測(cè)區(qū)域的骨干電網(wǎng)。
杭州富陽(yáng)區(qū)王洲雷電預(yù)警裝置
02.雷電預(yù)警系統(tǒng)告知雷電預(yù)警
雷電預(yù)警裝置是針對(duì)固定范圍內(nèi)的雷電進(jìn)行預(yù)警，如果遇到移動(dòng)的雷電，該怎么辦？
想精準(zhǔn)預(yù)警到移動(dòng)的雷電，就要提升雷電預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時(shí)性，除了對(duì)雷電影響范圍、開(kāi)始和結(jié)束時(shí)間、位置信息等內(nèi)容進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測(cè)，還需要根據(jù)大氣電場(chǎng)強(qiáng)度的變化，結(jié)合該地區(qū)歷史雷電數(shù)據(jù)、雷達(dá)回波、衛(wèi)星云圖等數(shù)據(jù)開(kāi)展綜合判斷，采用空間密度聚類、光流外推等技術(shù)，挖掘出時(shí)間序列下的雷暴云變化，獲得雷電活動(dòng)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)并進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而將雷電造成影響降到最低。
硬件監(jiān)測(cè)只能進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，后續(xù)還需要一套可靠的算法系統(tǒng)進(jìn)行信息處理，也就是雷電預(yù)警系統(tǒng)。它通過(guò)監(jiān)測(cè)雷暴形成和發(fā)展過(guò)程中各種環(huán)境物理量，可以實(shí)現(xiàn)特高壓線路及密集通道的短時(shí)臨近雷電預(yù)警（提前30分鐘）和區(qū)域（市級(jí)）中長(zhǎng)期雷電預(yù)報(bào)（提前24小時(shí)）。
雷電預(yù)警系統(tǒng)短時(shí)臨近雷電預(yù)警（顏色越深表示雷擊風(fēng)險(xiǎn)越大）
雷電預(yù)警系統(tǒng)中長(zhǎng)期雷電預(yù)報(bào)（顏色越深表示雷擊風(fēng)險(xiǎn)越大）
雷電預(yù)警系統(tǒng)可生成線路雷擊風(fēng)險(xiǎn)預(yù)警圖，預(yù)警按照危險(xiǎn)程度由弱到強(qiáng)分為黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警。當(dāng)出現(xiàn)紅色預(yù)警時(shí)，表示該桿塔區(qū)段內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了雷電活動(dòng)，代表危險(xiǎn)系數(shù)較大，線路運(yùn)維人員應(yīng)趕到對(duì)應(yīng)桿塔區(qū)段現(xiàn)場(chǎng)，監(jiān)控線路雷擊環(huán)境與運(yùn)行情況，一旦發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)，立即報(bào)送故障信息，并在雷電過(guò)境風(fēng)險(xiǎn)降低后，及時(shí)開(kāi)展故障分析與應(yīng)急搶險(xiǎn)工作。
03.大數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)雷電精準(zhǔn)定位
雷電威力巨大，預(yù)警和前期防雷部署雖可大大減小雷電對(duì)電網(wǎng)的影響，有時(shí)仍然防不勝防。
輸電線路遭到雷擊故障停運(yùn)，這就需要盡快定位被擊線路并進(jìn)行搶修復(fù)電。這時(shí)候可利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行地閃定位和分布式故障定位來(lái)精準(zhǔn)找到雷電的位置。
先說(shuō)地閃定位，它可以確定雷擊的觸地范圍，主要依靠國(guó)網(wǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警中心研發(fā)的雷電探測(cè)裝置——蘑菇超人實(shí)現(xiàn)。
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由于雷電發(fā)生時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的光、聲和電磁輻射，電磁輻射場(chǎng)一般可達(dá)數(shù)百公里或更遠(yuǎn)，最適合作為大范圍監(jiān)測(cè)的信號(hào)。蘑菇超人就是用于監(jiān)測(cè)電磁輻射場(chǎng)的重要裝置。
目前，浙江電網(wǎng)共安裝了14個(gè)蘑菇超人，分布于各個(gè)地市，每個(gè)蘑菇超人可以覆蓋80至100公里的監(jiān)測(cè)范圍，在接收到雷電預(yù)警系統(tǒng)的預(yù)警信息后，預(yù)警區(qū)域內(nèi)的蘑菇超人相互配合，同時(shí)測(cè)量雷電電磁輻射場(chǎng)，剔除云閃（云層之間的放電現(xiàn)象）信號(hào)，對(duì)地閃定位，第一時(shí)間鎖定雷擊的發(fā)生地點(diǎn)。
蘑菇超人配合雷電定位系統(tǒng)生成地閃密度圖，獲得輸電線路及其附近區(qū)域的歷史雷擊信息，可以有效指導(dǎo)輸電線路的差異化防雷工作，對(duì)易遭受雷擊線路采取安裝線路避雷器、安裝可控放電避雷針、降低接地電阻等措施，降低其遭受雷擊的概率。
2021年浙江省地閃密度圖（顏色越深表示歷史遭受雷擊情況越嚴(yán)重）
分布式故障定位則用于進(jìn)一步確定雷電擊中的輸電線路段，主要采用分布式監(jiān)測(cè)終端裝置實(shí)現(xiàn)。這是一種分散布置在輸電線路上的故障采集分析裝置，配置有GPS時(shí)鐘。
當(dāng)線路遭受雷擊時(shí)，雷擊引起的雷電波形會(huì)沿著輸電線路導(dǎo)線傳播，該裝置通過(guò)捕獲故障電流信號(hào)，結(jié)合故障發(fā)生的時(shí)間，進(jìn)行故障辨識(shí)和故障點(diǎn)精確定位。據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計(jì)，系統(tǒng)平均故障定位誤差小于等于300米，能有效解決線路故障精確定位及故障原因辨識(shí)等問(wèn)題。在受雷擊頻繁的線路上，可針對(duì)性進(jìn)行線路差異化改造安裝，提高線路發(fā)生雷擊故障后的復(fù)電速度。
直流輸電線路上的分布式監(jiān)測(cè)終端裝置（圖片來(lái)自國(guó)網(wǎng)《輸電線路六防工作手冊(cè)-防雷害》）
大數(shù)據(jù)防雷技術(shù)不僅有效提升了電網(wǎng)抵抗雷擊影響的能力，也為開(kāi)展事前雷害規(guī)避、事中故障精細(xì)研判、事后差異化防雷評(píng)估工作提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和輔助決策支撐。
后續(xù)，國(guó)網(wǎng)浙江電力將繼續(xù)利用大數(shù)據(jù)技術(shù)在省界、沿海等區(qū)域以及跨省重要輸電通道上增補(bǔ)雷電監(jiān)測(cè)裝置，從硬件層面提升雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)和運(yùn)行性能，逐步構(gòu)建骨干網(wǎng)架全覆蓋、特殊地區(qū)多傳感、重點(diǎn)地區(qū)高精度的多層級(jí)雷電監(jiān)測(cè)網(wǎng)，進(jìn)一步提升電網(wǎng)抵御雷電災(zāi)害的能力。
供稿：國(guó)網(wǎng)浙江電科院 姜?jiǎng)P華 王振國(guó) 江航 汪冬輝
編輯：黃琳 鄧通｜校對(duì)：朱斐白
