国家电网铁塔大多分布在高山、郊野,每年遭受雷击达35万余次。雷电严重威胁电力系统运行安全。
“正因如此,电网雷电监测与防护,成为国网的重点攻关项目。”武汉南瑞防雷输电事业部总经理谷山强说,2009年初,一支由7人组成的攻关团队应运而生(后陆续增至27人)。
2007年,博士毕业的谷山强来到南瑞集团武汉南瑞公司,主动申请到电网防雷研究第一线工作,从此开始了他“捉雷”“追雷”“防雷”的雷电探索之路。如今的他已成为武汉南瑞防雷输电技术事业部的总经理、国家电网公司雷电监测与防护技术实验室副主任。短短9年时间,谷山强带领的科技攻关团队,承担完成了国家自然科学基金、863计划等多项国家级、省部级重要课题。
“每年有一半的输电网跳闸是因为雷击造成的,雷电严重威胁着电网运行的安全稳定。因此研究雷电,找到其规律并进行防护,是一件特别有意义的事情。”说起自己从事的工作,谷山强言语中透出自豪感。
为了掌握闪电活动特征,捕捉雷击产生全过程和获取精确的雷电数据,从而通过数据对比分析,掌握输电线路遭受雷击的形态特征,谷山强常常要和雷电进行“亲密接触”。
由于自然雷电观测可遇而不可求,为深入研究雷电机理,只能通过人工“制造”雷电。
2009年夏天,为研究“雷击模拟试验放电通道特性同步观测技术”,谷山强带领实验组来到北京户外。由于人手缺乏,他一个人包干了所有爬云梯换试验电阻的工作,每试验几次、十几次就要进行参数和设备调整。顶着炎炎烈日,他经常被晒得头晕眼花。
要防范雷击,首先得摸准“雷公”的脾气。为了了解雷电的发生、发展过程,谷山强与同事在办公楼顶建立观测室,只要雷电一出现,就立即用高速摄像机进行声光电磁同步拍摄,记录相关数据。
然而,“雷公”难以捉摸,即使用高速摄像机,也很难捕捉到它的完整活动轨迹。后来,经过不断改进观测方法,2014年9月的一天,谷山强等人终于捕捉到一次清晰完整的雷击放电过程。此后,他和队员又多次拍到雷电活动的全过程,为准确分析“雷公”的脾气提供了科学依据。
随着我国对科技创新,科技发展的重视,加上无数科研工作者的努力,中国智能化领域也发生着日新月异的变化,2015年谷山强的雷电观测也进入了智能化阶段。距离2008年拍摄到的一组雷电数据,时隔7年,又一组雷电数据被谷山强成功捕捉。这一次雷击电网的监测,不仅拍摄到了照片,更有声音探测到的轨迹。而针对这一成果的研发应用,也垫定了我国防雷事业在国际上的领先地位。
有了智能化的观测手段,谷山强对雷电的特点了解得越来越多,对避雷方面的研发也从通过安装避雷器的被动防护转到了主动防护方面。
谷山强团队起初模仿卫星发射的雷电预警装置。但他们很快发现,这种装置只适合特定环境,不能推广至全国的电网基塔。于是,谷山强和团队成员重新攻关,研制出一套新的预警装置,在5省进行试验,预警性能稳定。这套装置可提前30至60分钟准确预报雷电来袭,让人们有充足时间预防。
谷山强团队的雷电预警方法,可预测雷电落地2公里的范围。它不仅适用于国家电网,还适用于高铁、民航等民生方面的应用。
2011年,京沪高铁投入运行之初,江苏至上海段频遭雷电袭击,全线电网一年遭受雷击214次,严重影响正常运行。
“为保障安全,当时,京沪高铁不得不降速运行。”谷山强说。此后,他们团队为该线路提供了防雷及预警措施,至2014年,雷击事故降为47次。
而在国家电网领域,由于及时预警和防雷装置的使用,可以有针对性地调整电网负荷,事先对可能遭受雷击的电网减负,从而大大减少雷击造成的停电事故。
2013年,安徽至上海的1000千伏超高压输电线路施工紧张进行。该线路跨越长江、黄河,施工人员需要30分钟才能爬上电塔。为防范雷击,保障安全,施工方向谷山强团队求援。谷山强团队在该项目投放预警装置,通过发布60分钟雷电预警,让施工得以顺利进行。
有了这次实战的经验,谷山强团队不断改进,于2016年研制成功“一种架空输电线路雷击闪络预警方法”,并取得专利。
2014年11月,武汉南瑞“谷山强智能输电创新工作室”完成西藏新一代雷电定位系统竣工投运。西藏电网新一代雷电定位系统工程分别在昌都、林芝、日喀则、阿里四地的监测盲区和藏中电网低定位精度区建设了38个数字式雷电探测站和1个智能中心站,实现雷电定位系统对西藏全部电网的高精度有效覆盖。该工程是国内迄今为止规模最大、海拔最高、施工环境最恶劣、建设工期最紧迫的雷电定位系统工程,将为川藏电力联网工程防雷安全运行提供可靠保障,促进藏区经济社会发展。
2016年1月8日,国网电力科学研究院(南瑞集团)牵头完成的“电网雷击防护关键技术及应用”项目荣获2015年度国家科学技术进步二等奖。“这是我国防雷领域迄今为止荣获的最高科技奖励。”谷山强说。在前期雷电监测研究的基础上,该项目耗时12年,终于形成了集一套理论模型、两大监测系统、成套防护装置和系列标准为一体的电网雷击防护体系。项目成果广泛应用在电力、铁路、石化等行业的雷害防治中,累积产生间接效益超百亿元。
2017年,在第十九届中国专利奖颁奖大会上,“一种架空输电线路雷击闪络的预警方法”荣获唯一金奖,填补了全球在雷电大面积预警方面的空白。此预警系统可以在雷电来临前提前半小时到一小时预测到,给人们预防雷电提供做防护的时间。并且,在谷山强与团队的共同努力下,国内首套“互联网+”雷电云平台成功上线试运行,大大提升了我国重要行业抗击雷电风险的能力。
谷山强说,“我们的最终目标,是研发一种装置或方法,在雷电形成之前就将其击毁。”