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。

　　而在国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司（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，也是国家电网公司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。

　　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。

　　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

　　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，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，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。