功夫不负有心人成功拍到雷公“靓照”武汉南瑞电网雷击风险预防(组图)

 2022-03-05    67  

武汉南瑞30年坚持“追雷逐电” 累计产生直接效益约20亿元_fororder_01

实验室楼顶安装的雷电探测站和预警站。 (湖北日报全媒记者 彭一苇 摄)

阅读提要

雷电,飘忽不定却有万钧之力。世界上每年超半数的输电线路跳闸事故由雷击造成,经济损失动辄数以亿计。

而在(简称武汉南瑞)的实验室里,诞生了世界先进的雷电监测预警和防护技术。10多年来,其成果累计产生直接效益约20亿元,节省投资、减少停电损失等超过百亿元。

功夫不负有心人

成功拍到雷公“靓照”

武汉南瑞电网雷击风险预防湖北省重点实验室,也是雷电监测与防护技术重点实验室,共有120多名成员,是一支汇聚众多硕士、博士的年轻科研攻关团队。

3月16日,技术专家许远根带湖北日报全媒记者参观了实验室里的雷电观测室,一间用玻璃隔成的观测室,见证了一批追赶雷电者的奋斗历程。

上世纪80年代初,随着国内电网规模不断扩大,雷电防护手段的缺乏导致电网遭受雷电破坏与日俱增。为降低雷击造成的损失,实验室老一辈科研人员开始了电网防雷研究。

随着研究不断深入,为了更进一步了解雷电,2007年,实验室在楼顶建立了雷电观测室。每当喻家山附近有雷电时,实验室团队守在观测室里,利用高速摄像机捕捉雷电的放电过程。

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高级工程师章涵回忆:“‘捉雷’很难,总是在深夜、凌晨时分以及恶劣天气下进行。经常是淋得湿透,折腾一夜也没拍到一幅满意的图像。这时,大家总是互相鼓励继续坚持下去。”功夫不负有心人,2008年到2010年,在雷电观测室,他们成功捕捉到20多张满意的雷击放电过程图像,清晰刻画了雷电发展的全过程,为后续雷电机理的研究提供了极具价值的光学影像。此后,团队又花费两年,研制出自动化、智能化的雷击光学路径综合监测系统,并于2012年成功捕获到世界上第一张时空分辨率最高、过程最详尽的电网雷击地闪图像。

反复试验调试

雷电预警准确率达80%

有了基础数据,接着要解决雷电探测与预警问题。

在实验室观测平台,摆着20多根新老白色立柱,柱顶椭圆形防护罩内是自主研发的集成电路。“这些就是我们研发的雷电探测站和预警站,至今已开发了四代。”许远根介绍。

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雷电探测站和预警站的原理说来简单。雷击会引起大气电磁场变化,同时发射电磁波,探测站侦测电磁波,3个探测站的数据合并分析就能定位雷击位置。预警站监测大气电场变化,结合雷电定位、气象雷达等数据进行雷电临近和早期预警。

然而,电磁波的传播速度相当于光速。“要准确探测,必须解决高低频信号干扰、电磁信号处理、定位时间精度等难题。”开发部副经理陈扬说,这要不断优化电路设计与信号处理方法,反复试验调试才行。10多年来,研究团队持之以恒,不断试验。即使在疫情期间,实验室成员依然坚持开展实验室的设备调试、软件开发及数据分析。

现在,探测站可以探测超过百公里的雷电,同步时间精度达纳秒级,定位精度在500米以内。雷电预警可实现72小时内的中长期预警,准确率达80%。

如今,实验室在全国输电通道上布有900多个雷电探测站和300多个雷电预警站,覆盖全国90%以上大陆面积,在实验室数据中心即可掌握全国的实时雷电数据。

研发电网雷击防护关键技术

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斩获国家科学技术进步二等奖

2009年,在大量的雷电监测数据基础上,研究团队结合雷电监测数据、地形地貌和电网参数等评估要素,提出了一套差异化防雷技术与策略,为不同地区的输电线路制定差异化的防雷技术改造方案。在三峡近区综合雷害措施研究项目中,他们首次运用该策略和技术,对15条线路进行防雷评估改造,使整体雷击跳闸率降低60%。

当突破一项又一项难题后,研发人员又针对市场需求,在2013年成功研制出世界首台±500千伏直流线路避雷器,2014年±800千伏直流线路避雷器问世,填补了国内外技术空白。目前,实验室已成功研发出全系列电压等级避雷器,并大规模应用于我国超、特高压直流输电工程。

2015年,武汉南瑞“电网雷击防护关键技术与应用”项目获国家科学技术进步奖二等奖。2017年,发明专利“一种架空输电线路雷击闪络的预警方法”获中国专利金奖。

在实验室工程建设过程中,技术人员的足迹遍布全国。在2014年,浙江舟山,世界第一输电高塔上要安装设备,安装位置距地面280多米。设备调试好了,台风突然提前登陆,铁塔电梯故障停运,技术人员只好顺着梯子、顶着大风,耗时1小时爬完280米,到了地面双腿发软。

同一年,“西藏新一代雷电定位系统”项目启动。在9个月里,先后有9批共16名技术人员进藏,在平均海拔5000米的高原跋涉12万公里,按时完成任务。

即便近两年,技术人员依然常去偏远地区工作。工程师刘子皓去年10月到西藏阿里地区测试设备,一连5天吃着药抵抗高原反应,白天试验雷电模拟器启动很慢,晚上处理数据。还有些负责工程的同事更辛苦,一年长达200天在外奔波,为客户提供技术服务。据统计,实验室每年开展电网分析、处理输电线路雷击故障近2000次,为各行业提供了有力的雷电监测预警和防护技术支持。(湖北日报全媒记者 彭一苇 通讯员 曾瑜 刘婧)

记者手记

一个全流程科研体系的成功案例

□彭一苇

科研的成功不会很轻易,要经过艰苦努力,反复实践,关键是要有信心、有决心完成任务。坚持走自主创新之路,必须以突破基础核心技术为关键,没有核心技术,科技创新难言自立。而核心技术只能靠自己干出来。

30年,武汉南瑞坚持追逐雷电的身影,将我国雷电监测预警和防护技术从落后带到了世界领先地位。而这一切,来自于前辈的开拓雷电模拟器启动很慢,来自于楼顶上熬夜冒雨拍摄雷电的研究人员,来自于踏遍大江南北架站布点的工程师……他们为电网防灾减灾提供了整体解决方案,并主动考虑生产实际需求,自主研发新技术、新产品,产生了巨大经济效益和社会效益,形成一个全链条、全流程科研体系的成功案例。

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