科创中国

    国内外现有的雷电定位系统通过探测雷电地闪回击放电产生的辐射电磁波的幅值、来波方向和到达时差，实现雷击点定位与雷电流幅值反演计算。然而，由于雷电地闪放电的突发性和高密度并发性，受传统模拟信号处理和识别技术的制约，对雷电地闪放电信号存在漏判和误判，且对电网防雷重点关注的低强度（20kA及以下）雷电地闪放电信号探测存在盲区。雷电辐射电磁波以低频或甚低频沿大地传播时，易受地形地貌、地面设施等因素的影响产生畸变，从而导致定位精度不高和雷电流幅值反演不准。需要研究数字式的雷电探测方法，实现突发、高密度雷电地闪信号的连续处理和存储。基于大量雷电地闪信号实测波形，研究机器自适应与人工干预相结合的学习方法，建立雷电地闪电磁波全波形自学习识别模型，有效降低雷电信号漏判率和误判率，实现地闪放电高精度定位与参数反演。

    架空线路绵延上百公里，雷击点沿线随机分布，雷击目标即可能为地线或杆塔，也可能为导线，准确辨识、高精度定位难度大。国内外已有的雷击监测方法（例如磁钢棒、寻迹器等）仅能监测单级杆塔遭受雷击后的雷电流幅值或闪络方向，逐基杆塔安装监测设备，经济性差、维护难度大。雷击导线或者地线后形成的瞬态电流行波沿线路传播，携带着雷电流波形和雷击点位置信息。通过沿线分散布置（每隔数十公里，无需逐基杆塔安装）终端实时监测瞬态电流行波，反演辨识线路的雷击点和波形参数。与传统的线路雷击监测方法相比，可以显著提高监测效率和经济性。然而实现上述技术设想，需要攻克在导线高压侧长期可靠监测雷电流行波的技术难题，解决因导线电晕对电流行波畸变作用而直接影响线路雷击点定位和反演精度的问题。

    地面设施雷击接闪过程研究是雷击性能评估和直击雷防护的基础。雷击接闪过程研究手段十分匮乏，传统的野外直接观测效率低，实验室放电模拟的瞬态强电磁过程与光学特征观测困难，难以揭示接闪过程中的放电机理。雷击接闪过程仍是雷电物理学研究的热点。特别是电网设施（输电线路、变电站）为复杂多导体系统，其雷击接闪机理及影响因素十分复杂，研究难度更大。需要开展雷电地闪放电和实验室长空气间隙放电多物理参量的观测技术研究，试验获取雷击接闪过程中的关键物理参量，建立电网设施雷击接闪过程的数值仿真模型，为电网雷击性能的评估奠定基础。

    综合考虑雷电地闪分布、地形地貌和线路实际三维结构的电网雷击风险评估是实现差异化防护的基础。在雷电地闪分布研究方面，美国和日本等发达国家在20世纪90年代初就初步绘制了区域的地闪密度分布图，并逐年不断完善。我国在电网雷电地闪分布方面的研究尚为空白，需要基于广域雷电地闪监测系统获得的海量监测数据，研究雷电地闪分布图的绘制方法和分级原则，提出我国电网的雷电地闪分布图。在电网雷击风险评估模型和工具研究方面，由国外学者提出的评估模型尚不能精细化考虑复杂地形区域和电网设施的三维结构对雷击性能的影响。国外机构已有的评估软件主要面向超高压及以下电网等级线路典型杆塔雷击性能分析的需求，未有效整合雷电地闪监测数据、三维地理信息和线路信息等多源数据，评估模型也无法精细化考虑地形等因素的影响，无法满足全电网雷击风险评估多任务、大规模计算分析的要求，需要研发具有自主知识产权的电网防雷差异化评估系统，并研制适用于特殊工程要求的专用防护措施，有针对性地开展实际工程的雷击故障防治，最终解决当前电网雷击故障率偏高的问题。