国际电力系统雷电保护研究发展及前沿

雷电、放电物理过程机制复杂，研究难度大，同时雷电及与雷电相关的强对流天气等对生产生活诸多方面有显著影响。根据第32届国际雷电保护会议上报道的研究与近年来国际雷电研究上的进展，《国际防雷研究进展及前沿述评》一文从雷电观测、雷电物理、雷电电磁暂态效应、雷害风险评估与防护4个方面归纳了国际防雷研究的前沿进展，探讨了国际防雷研究的发展趋势，并基于以上内容相关研究的发展提出了建议。

1.雷电观测

雷电观测研究涉及雷电定位和雷电测量，随着高速摄像技术和光电阵列观测技术时间分辨率已达ns级，被广泛应用于雷电观测。雷电观测研究已获取了大量雷电活动规律和特性参数，并初步揭示了雷电发展中的高能物理过程。上行雷得到越来越多的关注，超特高压输电线路雷击风险与上行先导密切相关。

上图为Jiang等拍摄的自然雷电的负极性先导发展图像，小箭头为梯形先导形成方向。可清晰观察到负极性先导的梯级发展和分支过程，并观测到了空间先导(space leader)的形成与连接。(帧率为180千帧/s，时间分辨率为5.56μs)(Jiang R, Qie X, Liu M, et al. High speed video observation onrandom stepping and branching of negative leader[C]//2014 International Conferenceon Lightning Protection (ICLP). Shanghai, China: IEEE, 2014: 1445-1447.)

2.雷电物理与现象

雷电物理与现象涉及雷电起始过程、下行先导发展、雷电回击和雷电连接，近年来雷电物理和现象的研究多基于人工引雷试验和光学手段等。雷电过程中若干物理现象的解释仍未形成共识，雷电和实验室长间隙放电中高能射线和逃逸电子的观测使的雷电放电机理有了新的研究突破点。

高能射线与逃逸电子的研究中，众多的理论、模型被提出，例如热逃逸电子产生、相对论逃逸电子崩(RREA)、相对论正反馈机制等(Dwyer J R, Uman M A. The physics of lightning[J]. Physics Reports, 2014, 534(4): 147-241. Dwyer J R. Recent advances in high energy atmospheric physics[C]∥2014 International Conference on Lightning Protection(ICLP). Shanghai, China: IEEE, 2014: 2035-2042.)。高能射线的观测与机理、高能射线对雷电的影响等问题目前还有待更为深入的研究和探讨。

10m棒−棒间隙雷电连接模拟试验典型高速图像，其中I、II、III为梯级先导，IV为上行先导，V为下行先导最大长度(BiagiC J, Jordan D M, Uman M A, et al. High-speedvideo observations of rocket-and-wire initiated lightning, Geophys. Res. Lett.,2009, 36(15): L15801)。

3.雷电电磁暂态效应分析

雷电电磁暂态效应分析包括雷电电磁脉冲及其效应分析方法和防雷接地。雷电电磁脉冲(lightningelectromagneticimpulses，LEMP)是指伴随雷电放电发生的电流的瞬变和强电磁辐射，属于雷电的二次效应，是常见的天然强电磁脉冲干扰源之一。LEMP会产生静电感应、电磁感应、高电位反击、电磁波辐射等效应，而LEMP及其感应效应的方法主要有2种：电路仿真和电磁计算。

4.雷害风险评估与防护

雷电保护包括电力系统雷电保护和非电力系统雷电保护。电力系统雷电保护研究主要通过试验观测与暂态仿真对电力系统的过电压与波过程进行研究。而新能源中风力发电、太阳能发电及储能技术不断成熟，大型风光储能互补并网传输已成为电力供应的重要手段，新能源系统的雷电防护问题引起了大量关注，成为防雷领域的热点问题，其中风力发电等新领域的雷电防护问题仍处于起步阶段。

未来展望

在防雷研究上，未来的主要研究方向根据作者的意见包括：

1.提高雷电检测精度和时空分辨率；

2.雷电起始、先导起始、先导阶梯发展以及雷电连接的参数观测、机理分析和理论模型研究；

3.长间隙放电过程中的高能射线与逃逸电子的机理及其在雷电形成和发展中的作用研究；

4.新能源、智能电网等新领域的雷电保护研究。

(内容整理自《High Voltage》2016年1卷第1期，由曾嵘，庄池杰，周旋等撰写的《国际防雷研究进展及前沿述评》及相关研究文章)

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