科创中国

1月18日，浙江大学温州研究院防雷智能材料研发中心主任张健来到实验室，一同到达的还有中心特约专家、浙江大学电气工程学院电力系统自动化所所长陈向荣教授，他们今天将着手对一项新装置开展雷电能量吸收测试。测试阶段，实验室会先制造一次上万伏电压的瞬间放电，模拟雷电能量。通常来说，如此高电压的短路放电，会产生巨大的火花和爆破声。然而，当两端电极接触的瞬间，只听得“啵”的一声轻响，伴随着细小的火花，模拟的雷电能量瞬间消弭于无形。当然，高压电容器中的能量并非凭空消失，而是被这台“相变智能材料雷电能量吸收器”吸收消纳。

该团队研发的新型相变防雷产品已经在国家电网公司安吉天荒坪抽水蓄能电站运行超过3年。天荒坪位于安吉县易受雷击区域，2014年以来由雷击发生的弱电设备故障平均每年发生18次以上。从2020年开始投入运行后，保护范围内无一弱电设备遭雷击损坏，成功消纳吸收了几十次雷电的能量，防雷保护效果十分显著。

陈向荣教授告诉笔者，这项装置可以实现雷电能量99%吸收，1%取电回收可用于雷电利用，而且无需依赖接地，适用于山区、海上风电场等传统防雷无法良好覆盖的区域，并已取得一定的成果检验。团队正进一步研发输电线路雷击零跳闸的防雷保护系统，将对电网防雷安全具有重大的科学意义。

新型防雷技术是雷电灾害的克星

据统计，全球平均每年因雷电灾害造成的直接经济损失超过10亿美元，我国每年因雷击造成的人员伤亡约有3000人，财产损失在50亿到100亿元人民币。

目前防雷的主要手段仍然是沿用富兰克林避雷针防雷的方法，通过导体高耸物将雷电流引入大地消纳。这是出于保护建筑物而设计的一种防雷方法，并不适用于很多现代场景。通用避雷针会将天空中的雷电电荷吸引向自身放电，强大的高频电磁脉冲电流，将产生极高的残压值，势必会对电气元件产生极大的破坏，会使电子设备处于高度的雷害危险之中，同时避雷针也无法抑制雷电大电流及伴随的雷电侧闪中的电弧及电火花，对易燃易爆场所仍然是一个重大的安全隐患，易引起火灾爆炸。

“电力线路、移动通信基站、石化企业、航空领域和电气化铁路等行业，对于新型防雷技术的需求十分迫切。我们团队研发的新型相变材料防雷装置，突破并改进了传统避雷针防雷中靠大地吸收雷电能量的理念，而改由智能相变材料吸收及获取雷电能量，输出残压极低，达到优越的防护效果，避免损坏电气设备，同时杜绝电弧火花产生。”张健讲解到。

相变材料吸收雷电的原理，是根据凝聚态物理学介质极化效应，利用在高压脉冲下发生相变，将高频雷电能量转化为冲击波的过程。在这个过程里，电能被转化为机械能后无害化释放，达到理想的防雷效果，具有极高的安全性和可靠性。

全球首创智能相变材料防雷技术

应用智能相变材料防雷属于跨学科的国际首创技术，在国际防雷前沿技术上获得了突破性进展。浙江大学温州研究院防雷智能材料研发中心已获得多项电力系统前沿专利技术授权，研制的新型相变材料防雷装置可降低传统避雷方案的过高残压，有效减少输电线路的跳闸率，并设计风电场雷电能量吸收器配置方案，可减少机组受雷击损坏。陈向荣教授告诉笔者，雷击问题对风电行业造成严重困扰，风电机组因雷击损坏率达4%-8%，损失金额巨大。这项技术攻克了全球风电机组的遭雷击损坏的世界级难题，填补了该领域中的国际空白并获得了突破性进展。继续完善并提升该系统技术，可提高电网输电系统的防雷水平和风电机组的安全运行，带动提升发电的有效性、经济效益，并推动包括电力、通讯、石化、及新能源风电等产业防雷技术水平，提高用户系统的安全生产水平，产生积极的安全效益和经济效益。团队研发的装置已通过国家电网公司武汉高压研究院的测试，并在国家电网公司天荒坪抽水蓄能电站和中国移动宁波分公司通讯基站运行数年，验证了技术的可行性，防雷效果极其显著。2023年研究院基于该成果孵化温州雷行泰电气科技有限公司，甫一成立便获上市企业五洲新春和线泰电缆的天使轮投资。半年时间不到，雷行泰公司销售额已破百万。使用新型相变材料对雷电能量以吸收的方式进行防雷的方法，可以说是目前国际防雷的最新水平，引领了国际技术新的潮流和发展方向，意义十分重大。将来，团队的目标不仅要推广新型防雷技术的应用和产业化，为各个行业的安全生产运行保驾护航，还要继续深耕科研，保持技术领先，并推动制定新型防雷技术的国际标准，实现中国新科技领跑国际水平。

来源：浙江大学温州研究院