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——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
雷云形成過程中大氣電場變化
雷電從發(fā)生到落下，僅在電光火石間，過去人們只能通過看和聽了解雷電，但所謂迅雷不及掩耳，從看見到聽見的這點時間，讓人根本來不及反應(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)，這些電荷也會對周圍大氣的電場強度產(chǎn)生影響。晴天大氣電場幅值較小且呈連續(xù)變化趨勢，而雷電發(fā)生前，隨著起電過程增強，云中電荷不斷累積，大氣電場幅值逐漸增大，當(dāng)大氣電場幅值達(dá)到大氣擊穿的臨界值時，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)測大氣電場強度的變化，這就要用到雷電預(yù)警裝置。它主要用于探測大氣中帶電物質(zhì)所引起的地面電場變化，對局部地區(qū)潛在雷電活動及靜電事故進(jìn)行感知。
國網(wǎng)浙江電力根據(jù)歷史落雷和線路跳閘數(shù)據(jù)，經(jīng)過縝密計算，優(yōu)化站點選址，在全省雷擊最頻繁的地區(qū)部署了24臺雷電預(yù)警裝置。每臺雷電預(yù)警裝置能夠覆蓋15至30公里，可以有效覆蓋監(jiān)測區(qū)域的骨干電網(wǎng)。
杭州富陽區(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)警裝置是針對固定范圍內(nèi)的雷電進(jìn)行預(yù)警，如果遇到移動的雷電，該怎么辦？
想精準(zhǔn)預(yù)警到移動的雷電，就要提升雷電預(yù)警的準(zhǔn)確性和及時性，除了對雷電影響范圍、開始和結(jié)束時間、位置信息等內(nèi)容進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，還需要根據(jù)大氣電場強度的變化，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)，挖掘出時間序列下的雷暴云變化，獲得雷電活動運動趨勢并進(jìn)行預(yù)測，從而將雷電造成影響降到最低。
硬件監(jiān)測只能進(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)。它通過監(jiān)測雷暴形成和發(fā)展過程中各種環(huán)境物理量，可以實現(xiàn)特高壓線路及密集通道的短時臨近雷電預(yù)警（提前30分鐘）和區(qū)域（市級）中長期雷電預(yù)報（提前24小時）。
雷電預(yù)警系統(tǒng)短時臨近雷電預(yù)警（顏色越深表示雷擊風(fēng)險越大）
雷電預(yù)警系統(tǒng)中長期雷電預(yù)報（顏色越深表示雷擊風(fēng)險越大）
雷電預(yù)警系統(tǒng)可生成線路雷擊風(fēng)險預(yù)警圖，預(yù)警按照危險程度由弱到強分為黃色預(yù)警、橙色預(yù)警、紅色預(yù)警。當(dāng)出現(xiàn)紅色預(yù)警時，表示該桿塔區(qū)段內(nèi)已經(jīng)發(fā)生了雷電活動，代表危險系數(shù)較大，線路運維人員應(yīng)趕到對應(yīng)桿塔區(qū)段現(xiàn)場，監(jiān)控線路雷擊環(huán)境與運行情況，一旦發(fā)現(xiàn)閃絡(luò)，立即報送故障信息，并在雷電過境風(fēng)險降低后，及時開展故障分析與應(yīng)急搶險工作。
03.大數(shù)據(jù)實現(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電網(wǎng)的影響，有時仍然防不勝防。
輸電線路遭到雷擊故障停運，這就需要盡快定位被擊線路并進(jìn)行搶修復(fù)電。這時候可利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行地閃定位和分布式故障定位來精準(zhǔn)找到雷電的位置。
先說地閃定位，它可以確定雷擊的觸地范圍，主要依靠國網(wǎng)雷電監(jiān)測預(yù)警中心研發(fā)的雷電探測裝置——蘑菇超人實現(xiàn)。
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由于雷電發(fā)生時會產(chǎn)生強大的光、聲和電磁輻射，電磁輻射場一般可達(dá)數(shù)百公里或更遠(yuǎn)，最適合作為大范圍監(jiān)測的信號。蘑菇超人就是用于監(jiān)測電磁輻射場的重要裝置。
目前，浙江電網(wǎng)共安裝了14個蘑菇超人，分布于各個地市，每個蘑菇超人可以覆蓋80至100公里的監(jiān)測范圍，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，同時測量雷電電磁輻射場，剔除云閃（云層之間的放電現(xiàn)象）信號，對地閃定位，第一時間鎖定雷擊的發(fā)生地點。
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)測終端裝置實現(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時鐘。
當(dāng)線路遭受雷擊時，雷擊引起的雷電波形會沿著輸電線路導(dǎo)線傳播，該裝置通過捕獲故障電流信號，結(jié)合故障發(fā)生的時間，進(jìn)行故障辨識和故障點精確定位。據(jù)應(yīng)用統(tǒng)計，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等問題。在受雷擊頻繁的線路上，可針對性進(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)測終端裝置（圖片來自國網(wǎng)《輸電線路六防工作手冊-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、事后差異化防雷評估工作提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)和輔助決策支撐。
后續(xù)，國網(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雷電監(jiān)測裝置，從硬件層面提升雷電監(jiān)測網(wǎng)的技術(shù)指標(biāo)和運行性能，逐步構(gòu)建骨干網(wǎng)架全覆蓋、特殊地區(qū)多傳感、重點地區(qū)高精度的多層級雷電監(jiān)測網(wǎng)，進(jìn)一步提升電網(wǎng)抵御雷電災(zāi)害的能力。
供稿：國網(wǎng)浙江電科院 姜凱華 王振國 江航 汪冬輝
編輯：黃琳 鄧通｜校對：朱斐白
