扎根雷电研究 守卫电网安全

文_刘 婧 张露心

谷山强

清华大学博士，研究员级高级工程师。国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司副总经理，国网雷电监测预警中心常务副主任。

入选“百千万人才工程国家级人才”“中国电力优秀青年科技人才”。获“全国五一劳动奖章”“国家有突出贡献中青年专家”“国资委中央企业优秀共产党员”等荣誉称号。

瞬息万变的雷电，是让人心生敬畏甚至满怀恐惧的自然现象。“天上电闪雷鸣，它到有什么规律？能否人工模拟？如何加以针对性防护？”2007年，博士毕业的谷山强选择了从事电网防雷领域技术攻关研究工作。

潜心研究，捕捉数据

上个世纪80年代初，随着国内电网规模的不断扩大，雷电防护手段的缺乏导致了电网遭受雷电破坏与日俱增。为了降低雷击造成的损失，武汉南瑞老一辈科研人员开始了电网防雷研究。

2007年，随着研究的不断深入，为了更进一步地掌握雷电第一手资料，刚从学校走向工作岗位的谷山强决定从最基础的雷电数据收集分析开始。当时，我国的防雷领域智能化发展程度低，捕捉雷电主要依靠人工监测，他就在单位办公楼顶建了一个观测站，用一台高速摄像机加一台电脑搭建起了简易的试验环境。

雷电转瞬即逝，人工捕捉放电全过程是一件非常不容易的事。他经常半夜出门，淋得一身湿，到最后也没能拍下一幅满意的图像。虽然一直经历失败，但他坚信：雷电越难捕捉，就证明它的数据价值越高。2012年夏季的一天，在经历了一场有惊无险雷雨“袭击”后，谷山强和团队成功的捕捉到了一次清晰完整的雷击放电过程，为雷电机理研究提供了精确可靠的基础数据。当时，他正在观测室紧张地等待着雷电到来，突然一道白光闪过眼前，随后一声炸响，原本应该打在距离很远的预设避雷针上的雷，却落在了离他不远的地方，谷山强不禁心里一颤，但依然保持高度集中，镇定地快速按动高速摄像机触发按钮。

之后的两年，他和团队不断改进观测方法，巧妙结合雷电光学特征与观测视野之间的相关性，有效融合高速触发、高精度同步及互联网技术，成功研制出雷击光学路径综合监测系统，实现了雷电观测的自动化、智能化。

锐意创新，屡创佳绩

对雷电的研究漫长又枯燥，但谷山强希望能够通过自己的研究成果改变人们对雷电的认识，并转化成工程应用，服务于电网稳定和社会安全，随后，他又从“监测-预警-防护”三个方向开展起了研究。

在运用大量雷电观测的基础数据，结合雷击会引起大气电磁场变化，同时发射电磁波的特性，他和团队研究出了电网雷电监测预警系统，通过探测站侦测电磁波，三站数据合并分析定位雷击位置；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，解决了电网雷电探测与预警问题。2012年，在攻克雷声信号无法识别的难题时，团队成员都失去信心想放弃，谷山强一条条仔细分析获取的一万多项数据波形，尝试了数十种波形识别及特征提取方法，带领大家查资料想办法，终于形成了一套独创性雷声识别方案。“硬骨头不怕，咱用大锤敲碎它。”谷山强经常鼓励团队成员说。10多年来，他带领团队一直不断探索防雷领域的科研之路。

2009年，在大量的雷电监测数据基础上，谷山强和团队结合雷电监测数据、地形地貌和电网参数等评估要素，提出了一套雷击风险评估与治理策略，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条线路进行了防雷评估改造，使整体雷击跳闸率降低了60%。

2013年，当突破一项又一项难题后，国际首台±500kV直流线路避雷器成功研制，填补了国内外高压直流输电线路防雷领域的技术空白。2014年，他和团队整装再出发，又用两年的时间，研制出了±800kV直流线路避雷器，再次实现了该领域的国际技术突破。目前，全系列电压等级避雷器已全部研发成功，并大规模应用于我国超、特高压直流输电工程，为线路安全稳定运行保驾护航。

2015年，谷山强和团队参与承担的“电网雷击防护关键技术与应用”项目获得了防雷领域迄今最高奖——国家科技进步二等奖。2017年，发明专利“一种架空输电线路雷击闪络的预警方法”荣获第十九届中国专利唯一金奖及被誉为“世界四大发明展之首”的德国纽伦堡国际发明展金奖，填补了全球在雷电大面积预警方面的空白。

“每一项科研成果的产出都会经历从无到有的过程，在这个过程中只要我们坚持，就一定会有收获。”谷山强说。

如今，全国输电通道上已布有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，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，并可对雷电开展72小时内的中长期预警，准确率达80%，实现了对全国雷电数据的实时监控。

目前，他和团队建成了由雷电监测预警技术、故障分析研判技术、雷害风险评估技术、综合防雷治理技术构成的雷电监测、预警与防护体系，具备雷电“事前预警-事中定位-事后防护”的核心管控功能，为电网雷电监测预警及防护提供了全方位的支撑，每年为重要特高压通道迎峰度夏保电工作提供雷击预警信息数百条，帮助电网分析处理110kV及以上输电线路雷击故障近千次，有力保障了电网的安全稳定运行。同时还将成果在京沪高铁、大庆油田、平煤集团等国家重要行业中推广应用，对保障基础设施安全发挥了重要作用，取得了显著的社会效益，得到了广泛认可和好评。