动态防雷技术为电网织就新型“避雷衣”

来源:《科技曰报》  发布时间:2022-07-29

  一大早,国网江苏苏州供电公司员工童充来到该公司大楼楼顶,对他牵头研发的“智能电网动态防雷系统”探测预警装置开展多频谱信号测试,并记录测试数据,为即将开展的第二代高精度雷电传感器改造升级工程做准备。近日,凭借着首创的动态防雷技术,童充当选“2022年联合国可持续发展目标全球先锋”。

  全球首套地区级“智能电网动态防雷系统”测试运行5年来,成功预警并避免了苏州地区30余起电网事故,挽回经济损失超1亿元。

  防不胜防的雷电灾害

  雷电一旦击中人或生产设备,就会造成生命和财产的重大损失,因此电网、通信、铁路、石化等重要行业,都把防雷技术和防雷装置作为安全防护体系的关键环节之一。

  童充告诉科技日报记者,传统防雷技术并不能完全防止雷击事故的发生。据统计,目前全球电力网络仍有50%以上的故障是雷电造成的,2019年8月英国大停电事故就是因雷击触发导致多米诺骨牌效应,最终造成大范围电网瘫痪。

  目前,传统的防雷装置主要是各类避雷针、避雷器等,其主要原理就是把雷电产生的强电流引入地下。为了保证防雷效果,避雷装置安装得越来越密集。同时,在避雷装置的安全半径范围内,不能安装其他电子电器设备,这就导致避雷装置占用了许多土地资源。

  为了提前预报雷电,科学家研究出气象多普勒雷达、大气电场强度仪等设备,但是受制于客观条件,这几种方式也不能精确预报雷电的发生。

  可预测雷电并超前预警

  “雷电发生时,我们能听到打雷声,看到电光闪耀,其实本质上就是放电,不论是云间放电还是云地放电,都会向外辐射电磁波。”童充由此想到,能否通过探测空间电磁波,来精确预测、定位雷电的发生呢?

  为此,2005年童充提出动态防雷技术,通过研制高精度雷电探测装置,搭建智能化防雷系统,预测雷电并超前预警,最大化降低雷电危害。

  动态防雷研究涉及气象、通信、电力等多个领域的知识,在国际上没有成熟的经验可借鉴,童充依靠自学补足跨专业知识。为了及时和国外雷电专家交流,童充时常半夜“上线”。经过多年的研究,童充首创了雷电广谱传感可视化跟踪技术、基于雷电跟踪的电网多维联合预测技术等,形成了集“跟踪、预测、控制”于一体的动态防雷技术体系。

  “一个雷电打下来就相当于一根巨大的导线在释放电磁波,但是不同的雷电释放的电磁波频段不完全相同,有高频、低频和甚低频,距离雷电几百公里到上千公里的地方都可以探测到。”童充介绍说,为了提高对雷电的精确预报、定位能力,他通过长期的实践观测,不断提升技术体系的灵敏度和探测效率。

  由国网江苏省电力有限公司立项,童充团队主导的全球首套地区级“智能电网动态防雷系统”于2017年5月在苏州研发成功。该系统可探测1万平方公里内的雷电活动,有效保护范围达1000平方公里。“我们还在不断优化系统的预测和控制性能,希望在减少雷电危害方面发挥更大作用。”童充说。

  长期以来,传统防雷领域的国际标准仅由少数发达国家牵头制订。2017年,国际防雷科学委员会将动态防雷技术列为战略研究方向,并于10月发布动态防雷国际标准的制订规划。

  “标准在人家手里,标准一更新,我们就得花费大量人力、物力、财力去跟随。只有让中国主导制定国际标准,才能真正实现防雷技术的全球引领。” 童充说。2018年3月,童充积极参与国家电网有限公司主导发起的智能电网动态防雷国际标准制定工作。

  2019年10月22日,由童充主导制定的全球首个动态防雷国际标准获得了国际大电网组织的正式立项。目前,童充团队研发的动态防雷技术已经在海南、湖南、湖北等地推广使用,累计获得国家发明专利20余项。童充主导及参与的10余项省部级及以上科技项目,多次获得国家级、省部级以上科研奖项。