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，是電網抵抗雷電災害的技能再次升級——大數據防雷術。
01.雷電預警裝置預知雷電產生
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。
如果能預知落雷區(qū)域，那么就可以提前作出部署，減少或避免損失發(fā)生。
雷電出現的本質是雷云中有不斷變化的電荷出現，這些電荷也會對周圍大氣的電場強度產生影響。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，當大氣電場幅值達到大氣擊穿的臨界值時，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(jiān)測大氣電場強度的變化，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行感知。
國網浙江電力根據歷史落雷和線路跳閘數據，經過縝密計算，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(jiān)測區(qū)域的骨干電網。
杭州富陽區(qū)王洲雷電預警裝置
02.雷電預警系統(tǒng)告知雷電預警
雷電預警裝置是針對固定范圍內的雷電進行預警，如果遇到移動的雷電，該怎么辦？
想精準預警到移動的雷電，就要提升雷電預警的準確性和及時性，除了對雷電影響范圍、開始和結束時間、位置信息等內容進行精準預測，還需要根據大氣電場強度的變化，結合該地區(qū)歷史雷電數據、雷達回波、衛(wèi)星云圖等數據開展綜合判斷，采用空間密度聚類、光流外推等技術，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行預測，從而將雷電造成影響降到最低。
硬件監(jiān)測只能進行數據采集，后續(xù)還需要一套可靠的算法系統(tǒng)進行信息處理，也就是雷電預警系統(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，可以實現特高壓線路及密集通道的短時臨近雷電預警（提前30分鐘）和區(qū)域（市級）中長期雷電預報（提前24小時）。
雷電預警系統(tǒng)短時臨近雷電預警（顏色越深表示雷擊風險越大）
雷電預警系統(tǒng)中長期雷電預報（顏色越深表示雷擊風險越大）
雷電預警系統(tǒng)可生成線路雷擊風險預警圖，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，表示該桿塔區(qū)段內已經發(fā)生了雷電活動，代表危險系數較大，線路運維人員應趕到對應桿塔區(qū)段現場，監(jiān)控線路雷擊環(huán)境與運行情況，一旦發(fā)現閃絡，立即報送故障信息，并在雷電過境風險降低后，及時開展故障分析與應急搶險工作。
03.大數據實現雷電精準定位
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行搶修復電。這時候可利用大數據進行地閃定位和分布式故障定位來精準找到雷電的位置。
先說地閃定位，它可以確定雷擊的觸地范圍，主要依靠國網雷電監(jiān)測預警中心研發(fā)的雷電探測裝置——蘑菇超人實現。
點擊圖片可跳轉至文章《跑贏雷電的，不是閃電俠，是蘑菇超人》
由于雷電發(fā)生時會產生強大的光、聲和電磁輻射，電磁輻射場一般可達數百公里或更遠，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，在接收到雷電預警系統(tǒng)的預警信息后，預警區(qū)域內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重）
分布式故障定位則用于進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。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。
當線路遭受雷擊時，雷擊引起的雷電波形會沿著輸電線路導線傳播，該裝置通過捕獲故障電流信號，結合故障發(fā)生的時間，進行故障辨識和故障點精確定位。據應用統(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，可針對性進行線路差異化改造安裝，提高線路發(fā)生雷擊故障后的復電速度。
直流輸電線路上的分布式監(jiān)測終端裝置（圖片來自國網《輸電線路六防工作手冊-防雷害》）
大數據防雷技術不僅有效提升了電網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(xù)，國網浙江電力將繼續(xù)利用大數據技術在省界、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)測網的技術指標和運行性能，逐步構建骨干網架全覆蓋、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，進一步提升電網抵御雷電災害的能力。
供稿：國網浙江電科院 姜凱華 王振國 江航 汪冬輝
編輯：黃琳 鄧通｜校對：朱斐白
