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。但因雷擊導致停電的事件卻比以前大大減少了。數據顯示，全省雷擊跳閘率降低了5.1%。
這背后，是電網(wǎng)抵抗雷電災害的技能再次升級——大數據防雷術(shù)。
01.雷電預警裝置預知雷電產(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。
如果能預知落雷區域，那么就可以提前作出部署，減少或避免損失發(fā)生。
雷電出現的本質(zhì)是雷云中有不斷變化的電荷出現，這些電荷也會(huì )對周?chē)髿獾碾妶?chǎng)強度產(chǎn)生影響。晴天大氣電場(chǎng)幅值較小且呈連續變化趨勢，而雷電發(fā)生前，隨著(zhù)起電過(guò)程增強，云中電荷不斷累積，大氣電場(chǎng)幅值逐漸增大，當大氣電場(chǎng)幅值達到大氣擊穿的臨界值時(shí)，就出現了雷電。
因此，想要預知落雷的發(fā)生，首先要發(fā)現并監測大氣電場(chǎng)強度的變化，這就要用到雷電預警裝置。它主要用于探測大氣中帶電物質(zhì)所引起的地面電場(chǎng)變化，對局部地區潛在雷電活動(dòng)及靜電事故進(jìn)行感知。
國網(wǎng)浙江電力根據歷史落雷和線(xiàn)路跳閘數據，經(jīng)過(guò)縝密計算，優(yōu)化站點(diǎn)選址，在全省雷擊最頻繁的地區部署了24臺雷電預警裝置。每臺雷電預警裝置能夠覆蓋15至30公里，可以有效覆蓋監測區域的骨干電網(wǎng)。
杭州富陽(yáng)區王洲雷電預警裝置
02.雷電預警系統告知雷電預警
雷電預警裝置是針對固定范圍內的雷電進(jìn)行預警，如果遇到移動(dòng)的雷電，該怎么辦？
想精準預警到移動(dòng)的雷電，就要提升雷電預警的準確性和及時(shí)性，除了對雷電影響范圍、開(kāi)始和結束時(shí)間、位置信息等內容進(jìn)行精準預測，還需要根據大氣電場(chǎng)強度的變化，結合該地區歷史雷電數據、雷達回波、衛星云圖等數據開(kāi)展綜合判斷，采用空間密度聚類(lèi)、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)運動(dòng)趨勢并進(jìn)行預測，從而將雷電造成影響降到最低。
硬件監測只能進(jìn)行數據采集，后續還需要一套可靠的算法系統進(jìn)行信息處理，也就是雷電預警系統。它通過(guò)監測雷暴形成和發(fā)展過(guò)程中各種環(huán)境物理量，可以實(shí)現特高壓線(xiàn)路及密集通道的短時(shí)臨近雷電預警（提前30分鐘）和區域（市級）中長(cháng)期雷電預報（提前24小時(shí)）。
雷電預警系統短時(shí)臨近雷電預警（顏色越深表示雷擊風(fēng)險越大）
雷電預警系統中長(cháng)期雷電預報（顏色越深表示雷擊風(fēng)險越大）
雷電預警系統可生成線(xiàn)路雷擊風(fēng)險預警圖，預警按照危險程度由弱到強分為黃色預警、橙色預警、紅色預警。當出現紅色預警時(shí)，表示該桿塔區段內已經(jīng)發(fā)生了雷電活動(dòng)，代表危險系數較大，線(xiàn)路運維人員應趕到對應桿塔區段現場(chǎng)，監控線(xiàn)路雷擊環(huán)境與運行情況，一旦發(fā)現閃絡(luò )，立即報送故障信息，并在雷電過(guò)境風(fēng)險降低后，及時(shí)開(kāi)展故障分析與應急搶險工作。
03.大數據實(shí)現雷電精準定位
雷電威力巨大，預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(shí)仍然防不勝防。
輸電線(xiàn)路遭到雷擊故障停運，這就需要盡快定位被擊線(xiàn)路并進(jìn)行搶修復電。這時(shí)候可利用大數據進(jìn)行地閃定位和分布式故障定位來(lái)精準找到雷電的位置。
先說(shuō)地閃定位，它可以確定雷擊的觸地范圍，主要依靠國網(wǎng)雷電監測預警中心研發(fā)的雷電探測裝置——蘑菇超人實(shí)現。
點(diǎn)擊圖片可跳轉至文章《跑贏(yíng)雷電的，不是閃電俠，是蘑菇超人》
由于雷電發(fā)生時(shí)會(huì )產(chǎn)生強大的光、聲和電磁輻射，電磁輻射場(chǎng)一般可達數百公里或更遠，最適合作為大范圍監測的信號。蘑菇超人就是用于監測電磁輻射場(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公里的監測范圍，在接收到雷電預警系統的預警信息后，預警區域內的蘑菇超人相互配合，同時(shí)測量雷電電磁輻射場(chǎng)，剔除云閃（云層之間的放電現象）信號，對地閃定位，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生成地閃密度圖，獲得輸電線(xiàn)路及其附近區域的歷史雷擊信息，可以有效指導輸電線(xiàn)路的差異化防雷工作，對易遭受雷擊線(xiàn)路采取安裝線(xiàn)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(xiàn)路段，主要采用分布式監測終端裝置實(shí)現。這是一種分散布置在輸電線(xiàn)路上的故障采集分析裝置，配置有GPS時(shí)鐘。
當線(xiàn)路遭受雷擊時(shí)，雷擊引起的雷電波形會(huì )沿著(zhù)輸電線(xiàn)路導線(xiàn)傳播，該裝置通過(guò)捕獲故障電流信號，結合故障發(fā)生的時(shí)間，進(jìn)行故障辨識和故障點(diǎn)精確定位。據應用統計，系統平均故障定位誤差小于等于300米，能有效解決線(xiàn)路故障精確定位及故障原因辨識等問(wèn)題。在受雷擊頻繁的線(xiàn)路上，可針對性進(jìn)行線(xiàn)路差異化改造安裝，提高線(xiàn)路發(fā)生雷擊故障后的復電速度。
直流輸電線(xiàn)路上的分布式監測終端裝置（圖片來(lái)自國網(wǎng)《輸電線(xiàn)路六防工作手冊-防雷害》）
大數據防雷技術(shù)不僅有效提升了電網(wǎng)抵抗雷擊影響的能力，也為開(kāi)展事前雷害規避、事中故障精細研判、事后差異化防雷評估工作提供了數據基礎和輔助決策支撐。
后續，國網(wǎng)浙江電力將繼續利用大數據技術(shù)在省界、沿海等區域以及跨省重要輸電通道上增補雷電監測裝置，從硬件層面提升雷電監測網(wǎng)的技術(shù)指標和運行性能，逐步構建骨干網(wǎng)架全覆蓋、特殊地區多傳感、重點(diǎn)地區高精度的多層級雷電監測網(wǎng)，進(jìn)一步提升電網(wǎng)抵御雷電災害的能力。
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
