扎根雷電研究 守衛(wèi)電網(wǎng)安全

文_劉 婧 張露心

谷山強(qiáng)

清華大學(xué)博士，研究員級(jí)高級(jí)工程師。國(guó)網(wǎng)電力科學(xué)研究院武漢南瑞有限責(zé)任公司副總經(jīng)理，國(guó)網(wǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警中心常務(wù)副主任。

入選“百千萬(wàn)人才工程國(guó)家級(jí)人才”“中國(guó)電力優(yōu)秀青年科技人才”。獲“全國(guó)五一勞動(dòng)獎(jiǎng)?wù)隆薄皣?guó)家有突出貢獻(xiàn)中青年專家”“國(guó)資委中央企業(yè)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”等榮譽(yù)稱號(hào)。

瞬息萬(wàn)變的雷電，是讓人心生敬畏甚至滿懷恐懼的自然現(xiàn)象。“天上電閃雷鳴，它到有什么規(guī)律？能否人工模擬？如何加以針對(duì)性防護(hù)？”2007年，博士畢業(yè)的谷山強(qiáng)選擇了從事電網(wǎng)防雷領(lǐng)域技術(shù)攻關(guān)研究工作。

潛心研究，捕捉數(shù)據(jù)

上個(gè)世紀(jì)80年代初，隨著國(guó)內(nèi)電網(wǎng)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，雷電防護(hù)手段的缺乏導(dǎo)致了電網(wǎng)遭受雷電破壞與日俱增。為了降低雷擊造成的損失，武漢南瑞老一輩科研人員開(kāi)始了電網(wǎng)防雷研究。

2007年，隨著研究的不斷深入，為了更進(jìn)一步地掌握雷電第一手資料，剛從學(xué)校走向工作崗位的谷山強(qiáng)決定從最基礎(chǔ)的雷電數(shù)據(jù)收集分析開(kāi)始。當(dāng)時(shí)，我國(guó)的防雷領(lǐng)域智能化發(fā)展程度低，捕捉雷電主要依靠人工監(jiān)測(cè)，他就在單位辦公樓頂建了一個(gè)觀測(cè)站，用一臺(tái)高速攝像機(jī)加一臺(tái)電腦搭建起了簡(jiǎn)易的試驗(yàn)環(huán)境。

雷電轉(zhuǎn)瞬即逝，人工捕捉放電全過(guò)程是一件非常不容易的事。他經(jīng)常半夜出門，淋得一身濕，到最后也沒(méi)能拍下一幅滿意的圖像。雖然一直經(jīng)歷失敗，但他堅(jiān)信：雷電越難捕捉，就證明它的數(shù)據(jù)價(jià)值越高。2012年夏季的一天，在經(jīng)歷了一場(chǎng)有驚無(wú)險(xiǎn)雷雨“襲擊”后，谷山強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)成功的捕捉到了一次清晰完整的雷擊放電過(guò)程，為雷電機(jī)理研究提供了精確可靠的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。當(dāng)時(shí)，他正在觀測(cè)室緊張地等待著雷電到來(lái)，突然一道白光閃過(guò)眼前，隨后一聲炸響，原本應(yīng)該打在距離很遠(yuǎn)的預(yù)設(shè)避雷針上的雷，卻落在了離他不遠(yuǎn)的地方，谷山強(qiáng)不禁心里一顫，但依然保持高度集中，鎮(zhèn)定地快速按動(dòng)高速攝像機(jī)觸發(fā)按鈕。

之后的兩年，他和團(tuán)隊(duì)不斷改進(jìn)觀測(cè)方法，巧妙結(jié)合雷電光學(xué)特征與觀測(cè)視野之間的相關(guān)性，有效融合高速觸發(fā)、高精度同步及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，成功研制出雷擊光學(xué)路徑綜合監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了雷電觀測(cè)的自動(dòng)化、智能化。

銳意創(chuàng)新，屢創(chuàng)佳績(jī)

對(duì)雷電的研究漫長(zhǎng)又枯燥，但谷山強(qiáng)希望能夠通過(guò)自己的研究成果改變?nèi)藗儗?duì)雷電的認(rèn)識(shí)，并轉(zhuǎn)化成工程應(yīng)用，服務(wù)于電網(wǎng)穩(wěn)定和社會(huì)安全，隨后，他又從“監(jiān)測(cè)-預(yù)警-防護(hù)”三個(gè)方向開(kāi)展起了研究。

在運(yùn)用大量雷電觀測(cè)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合雷擊會(huì)引起大氣電磁場(chǎng)變化，同時(shí)發(fā)射電磁波的特性，他和團(tuán)隊(duì)研究出了電網(wǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)探測(cè)站偵測(cè)電磁波，三站數(shù)據(jù)合并分析定位雷擊位置；預(yù)警站監(jiān)測(cè)大氣電場(chǎng)變化，結(jié)合雷電定位、氣象雷達(dá)等數(shù)據(jù)進(jìn)行雷電臨近和早期預(yù)警，解決了電網(wǎng)雷電探測(cè)與預(yù)警問(wèn)題。2012年，在攻克雷聲信號(hào)無(wú)法識(shí)別的難題時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員都失去信心想放棄，谷山強(qiáng)一條條仔細(xì)分析獲取的一萬(wàn)多項(xiàng)數(shù)據(jù)波形，嘗試了數(shù)十種波形識(shí)別及特征提取方法，帶領(lǐng)大家查資料想辦法，終于形成了一套獨(dú)創(chuàng)性雷聲識(shí)別方案。“硬骨頭不怕，咱用大錘敲碎它?！惫壬綇?qiáng)經(jīng)常鼓勵(lì)團(tuán)隊(duì)成員說(shuō)。10多年來(lái)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一直不斷探索防雷領(lǐng)域的科研之路。

2009年，在大量的雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，谷山強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)結(jié)合雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、地形地貌和電網(wǎng)參數(shù)等評(píng)估要素，提出了一套雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與治理策略，為不同地區(qū)的輸電線路制定差異化的防雷技術(shù)改造方案。在三峽近區(qū)綜合雷害措施研究項(xiàng)目中，他們首次運(yùn)用該策略和技術(shù)，對(duì)15條線路進(jìn)行了防雷評(píng)估改造，使整體雷擊跳閘率降低了60%。

2013年，當(dāng)突破一項(xiàng)又一項(xiàng)難題后，國(guó)際首臺(tái)±500kV直流線路避雷器成功研制，填補(bǔ)了國(guó)內(nèi)外高壓直流輸電線路防雷領(lǐng)域的技術(shù)空白。2014年，他和團(tuán)隊(duì)整裝再出發(fā)，又用兩年的時(shí)間，研制出了±800kV直流線路避雷器，再次實(shí)現(xiàn)了該領(lǐng)域的國(guó)際技術(shù)突破。目前，全系列電壓等級(jí)避雷器已全部研發(fā)成功，并大規(guī)模應(yīng)用于我國(guó)超、特高壓直流輸電工程，為線路安全穩(wěn)定運(yùn)行保駕護(hù)航。

2015年，谷山強(qiáng)和團(tuán)隊(duì)參與承擔(dān)的“電網(wǎng)雷擊防護(hù)關(guān)鍵技術(shù)與應(yīng)用”項(xiàng)目獲得了防雷領(lǐng)域迄今最高獎(jiǎng)——國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2017年，發(fā)明專利“一種架空輸電線路雷擊閃絡(luò)的預(yù)警方法”榮獲第十九屆中國(guó)專利唯一金獎(jiǎng)及被譽(yù)為“世界四大發(fā)明展之首”的德國(guó)紐倫堡國(guó)際發(fā)明展金獎(jiǎng)，填補(bǔ)了全球在雷電大面積預(yù)警方面的空白。

“每一項(xiàng)科研成果的產(chǎn)出都會(huì)經(jīng)歷從無(wú)到有的過(guò)程，在這個(gè)過(guò)程中只要我們堅(jiān)持，就一定會(huì)有收獲?！惫壬綇?qiáng)說(shuō)。

如今，全國(guó)輸電通道上已布有900多個(gè)雷電探測(cè)站和300多個(gè)雷電預(yù)警站，覆蓋全國(guó)90%以上大陸面積，可以探測(cè)超過(guò)百公里的雷電，同步時(shí)間精度達(dá)納秒級(jí)，定位精度在500米以內(nèi)，并可對(duì)雷電開(kāi)展72小時(shí)內(nèi)的中長(zhǎng)期預(yù)警，準(zhǔn)確率達(dá)80%，實(shí)現(xiàn)了對(duì)全國(guó)雷電數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

目前，他和團(tuán)隊(duì)建成了由雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警技術(shù)、故障分析研判技術(shù)、雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)、綜合防雷治理技術(shù)構(gòu)成的雷電監(jiān)測(cè)、預(yù)警與防護(hù)體系，具備雷電“事前預(yù)警-事中定位-事后防護(hù)”的核心管控功能，為電網(wǎng)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警及防護(hù)提供了全方位的支撐，每年為重要特高壓通道迎峰度夏保電工作提供雷擊預(yù)警信息數(shù)百條，幫助電網(wǎng)分析處理110kV及以上輸電線路雷擊故障近千次，有力保障了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。同時(shí)還將成果在京滬高鐵、大慶油田、平煤集團(tuán)等國(guó)家重要行業(yè)中推廣應(yīng)用，對(duì)保障基礎(chǔ)設(shè)施安全發(fā)揮了重要作用，取得了顯著的社會(huì)效益，得到了廣泛認(rèn)可和好評(píng)。