一、成果概述

（一）技术背景与行业需求

水利工程作为国家基础设施的核心组成部分，涵盖水电站、水库、输水管道、水利枢纽、堤防、灌区等各类设施，广泛分布于高山峡谷、平原湿地、沿海滩涂等复杂地貌。这些设施普遍具有占地面积广、户外暴露时间长、电气设备密集、地质条件复杂等特点，在雷暴天气频发季节面临严峻的雷击风险。

近年来，我国雷电灾害造成的水利工程损失呈上升趋势：2025 年 9 月，广州东部新塘水厂、西洲水厂外电线路因雷击故障导致机组停运，造成局部区域供水压力骤降；多地水电站因雷击引发电气设备烧毁、输电线路跳闸，直接影响电力供应稳定性；水库闸门控制系统、灌区自动化监测设备遭雷击损坏的案例屡见不鲜，不仅造成巨额经济损失，更严重威胁防洪安全、供水保障等核心功能的正常发挥。

传统防雷技术（如普通避雷针、提前放电避雷针等）采用 “引雷入地” 的被动防护模式，存在保护范围有限（保护半径仅为安装高度的 1.0-1.5 倍）、接地要求严苛（接地电阻需≤30Ω）、易产生二次灾害（跨步电压、电磁感应）、施工难度大等固有缺陷，难以适配水利工程复杂地质条件（如岩石山体、水库库区、沙碱地）和大范围防护需求。因此，研发具备主动防护、广域覆盖、适应复杂环境、智能监测特性的新型防雷技术，成为水利行业安全发展的迫切需求。

（二）技术来源与核心定位

雷安通无源主动抑制雷技术是北京科艺巢科技有限公司历经十年研发的颠覆性发明成果，依托 “主动抑雷，从源头上防范化解重大安全风险” 的核心理念，突破传统防雷技术瓶颈，形成集 “主动抑制、智能监测、全域防护、绿色低碳” 于一体的完整技术体系。该技术已获得多项国家专利，通过德国 TUV 认证、北京雷电中心检测等权威认证，主导编制《抑制雷电装置技术要求》（T/CMSA 0034—2022）、《文物建筑抑制雷电装置工程技术规范》（T/BCRPA 001-2025）等多项团体标准，技术水平处于行业领先地位。

针对水利行业需求，该技术通过 “电荷中和 + 电场干预” 的主动防护机制，从源头上阻断雷电形成，实现对水利工程全域无死角防护，同时具备对接地条件要求宽松（小于500欧姆即可正常工作）、施工维护简便、无二次灾害风险等优势，完美适配水电站、水库、输水枢纽、灌区等各类水利设施的防雷需求，为水利行业 “四新” 技术应用与数智化转型提供重要支撑。

（三）成果应用范围

本技术成果可广泛应用于水利行业各类场景，包括但不限于：

1. 水电站：坝区、发电厂房、输电线路、中控室、升压站等；

2. 水库枢纽：大坝、溢洪道、闸门控制系统、监测机房、管理区等；

3. 输水工程：输水管道沿线、加压泵站、阀室、计量站等；

4. 灌区工程：灌溉泵站、节水灌溉控制设备、灌区监测站点等；

5. 水利监测设施：水文站、雨量站、水质监测点、气象观测设备等；

6. 沿海水利设施：海堤、防潮闸、围垦工程等雷电高发区域。

二、主要创新点

（一）防护理念创新：从 “被动引雷” 到 “主动抑雷” 的根本性变革

传统防雷技术均基于 “引雷入地” 的被动防护逻辑，本质是将雷电引导至地面泄放，无法避免雷电流入地时产生的电磁感应、跨步电压、反击等二次灾害，对水利工程中的精密电气设备（如闸门控制系统、水文监测仪器、中控系统）造成潜在威胁。

雷安通技术创新提出 “主动干预雷电形成” 的防护理念，通过聚集空间电场能量，快速电离产生高浓度正负离子，中和云层底端负电荷与地面感应正电荷，消减云地之间的电势差，从源头上阻断雷电先导的形成与发展。该技术无需引雷入地，保护区内不会发生直击雷，彻底杜绝了雷电二次灾害，实现了从 “事后泄放” 到 “事前预防” 的根本性变革，防护逻辑更适配水利工程对安全稳定性的严苛要求。

（二）技术原理创新：无源离子电离与电场智能干预的协同机制

1. 无源自主运行：无需外部电源供应，依靠雷云接近时产生的空间电场能量驱动设备运行，通过内置离子发生器自动电离空气分子，形成大范围离子云。该特性适配水利工程偏远区域（如山区水电站、野外监测站）无稳定供电的场景，降低运行维护成本。

2. 电场实时干预：设备对空间电场变化的响应时间≤0.1 微秒，当雷云接近导致电场强度异常时，即刻启动离子释放，动态中和电荷，确保防护效果的实时性与连续性。

3. 广域覆盖设计：通过优化离子发生器结构与布局，实现保护角度≥85°，保护半径达到安装高度的 10-14 倍，最大保护距离可达 1200 米，单台设备即可覆盖整个水电站坝区或水库枢纽，解决了传统防雷技术需密集布设的难题。

（三）适配性创新：复杂地质条件下的灵活应用方案

水利工程多建于山区、库区、沿海等复杂地质区域，传统防雷技术对於潜蚀、岩石、盐碱地等地质条件难以满足接地要求（需≤30Ω），导致施工难度大、成本高，甚至无法安装。

雷安通技术在适配性上实现三大突破：

1. 接地要求宽松：对接地电阻无严格限制，0-500Ω 范围内均可正常工作，无需大规模开挖构建复杂接地网，可直接复用水利工程现有接地设施，大幅降低在岩石、库区等复杂地质条件下的施工难度；

2. 环境适应性强：设备采用全固化器件结构，工作环境温度范围为 - 65℃~+65℃，可耐受高湿度、高盐雾、强紫外线等恶劣环境，适配沿海、高原、高寒等不同气候区域的水利设施；

3. 安装方式灵活：提供多种安装方案，可安装于现有杆塔、厂房屋顶、监测塔等结构上，无需新增地面构筑物，避免对水利工程主体结构（如大坝、堤防）造成破坏，最大限度保护工程原貌。

（四）系统集成创新：防雷与智能监测的深度融合

针对水利工程防雷设施 “隐蔽性强、监测困难” 的痛点，该技术创新集成 “防雷防护 + 智能监测 + 数据互联” 功能，构建数字化防雷系统：

1. 实时状态监测：配套的雷电电流监测仪（KYC-LAT-LMS2600）可全功能监测直流电流（1mA~200mA）与雷电流脉冲（80A~5000A），记录设备运行状态、抑雷次数、电场变化等数据，实现防雷效果量化评估；

2. 智能预警联动：搭载北斗定位芯片的雷电预警系统，局地定位精度高、误报率低，可提前预知雷电发展趋势，通过短信、声光、邮件等多种方式报警，联动水利工程应急响应系统，提前启动防护措施；

3. 数据互通共享：采用 JAVA EE 体系架构，支持 TCP/IP、MQTT、Modbus 等多种协议，可与水利工程现有智慧管理平台无缝对接，实现防雷数据与工程运行数据的互通共享，为水利工程数字化管理提供支撑；

4. 全生命周期管理：系统支持设备运行日志、报警记录、维护记录的全流程追溯，可统计分析历史数据，优化防雷方案，实现设备全生命周期智能化管理。

（五）绿色低碳创新：节能环保与低成本运维的双重优势

1. 节能环保：设备无源运行，无需消耗电能，配套监测系统可采用太阳能供电（6V 120W 太阳能板 + 3.2V/100AH 蓄电池），符合水利行业绿色低碳发展理念；

2. 长效耐用：设备结构采用耐腐蚀、抗老化材料，使用寿命≥20 年，远超传统防雷设施（使用寿命 5-8 年），大幅降低更换频率；

3. 低成本运维：全固化器件设计无易损部件，后期无需频繁维护，每年仅需 1 次常规检查，维护成本仅为传统防雷设施的 1/10，适配水利工程偏远区域运维不便的场景。

三、技术性能指标

（一）核心防护指标

（二）安装与接地指标

（三）智能监测指标

（四）可靠性与耐久性指标

四、应用案例及成效

（一）典型应用案例

案例 1：某高原水电站防雷改造项目

1. 项目背景：该水电站位于西南高原地区，海拔 2300 米，年均雷暴日达 65 天，属于雷电高发区域。电站建成后多次发生雷击事故，导致升压站设备损坏、输电线路跳闸，2023 年一次强雷击造成直接经济损失超 300 万元，严重影响电力供应稳定性。传统避雷针防护效果不佳，且电站地处岩石山体，接地电阻难以满足要求（实测接地电阻达 350Ω），防雷改造难度极大。

2. 应用方案：2024 年 3 月，采用雷安通无源主动抑制雷技术进行全面防雷改造，在电站坝区、升压站、中控室周边安装 3 台 KYC-LAT-600 型装置（保护半径 600 米），配套安装 5 台雷电电流监测仪与 1 套智能预警系统，复用原有接地设施，无需额外开挖接地网。

3. 实施成效：改造后经过 2 个雷雨季节考验，期间遭遇 12 次强雷暴天气，国家雷电监测网数据显示，电站周边 30 公里范围内探测到云地闪 1286 次，但保护区内未发生任何直击雷事件，升压站、中控室等关键区域设备运行正常，未出现因雷击导致的跳闸或设备损坏。该项目彻底解决了高原岩石地形下的防雷难题，设备运行稳定，维护成本仅为传统方案的 1/8。

案例 2：某大型水库枢纽防雷防护项目

1. 项目背景：该水库是区域防洪骨干工程，总库容 12 亿立方米，枢纽区包括大坝、溢洪道、闸门控制系统、水文监测站、管理区等多个区域，占地面积达 8 平方公里。原采用普通避雷针防护，存在保护盲区（如溢洪道、库区监测点），2022 年汛期因雷击导致闸门控制系统故障，险些影响防洪调度，亟需升级全域防雷系统。

2. 应用方案：2023 年 8 月，采用 “分区防护 + 智能监测” 的整体方案，在大坝制高点安装 2 台 KYC-LAT-1200 型装置（最大保护半径 1200 米），覆盖大坝、溢洪道及周边区域；在管理区、中控室安装 3 台 KYC-LAT-600 型装置；在偏远水文监测站安装 4 台 KYC-LAT-200 型装置，配套建设智能防雷监测平台，与水库智慧调度系统对接。

3. 实施成效：2024 年汛期，该区域遭遇历史罕见强雷暴天气，累计出现云地闪 2347 次，经雷电监测网验证，水库枢纽保护区内无直击雷发生，闸门控制系统、水文监测设备、中控系统等均运行正常，未出现任何防雷相关故障。智能监测平台实时上传抑雷数据，累计记录抑雷次数 156 次，为水库防洪调度提供了安全保障。该项目相比传统防雷方案，减少接地工程投资 60%，施工周期缩短 70%，实现了全域无死角防护与数字化管理。

案例 3：某灌区输水工程防雷项目

1. 项目背景：该灌区是国家级大型灌区，输水线路总长 186 公里，沿线分布 12 座加压泵站、36 个阀室、50 个流量监测点，多数设施位于野外开阔地带，雷电灾害频发，每年因雷击导致的设备维修费用超百万元，严重影响灌溉供水保障。

2. 应用方案：2025 年 1 月，采用 “重点防护 + 分布式监测” 方案，在每个加压泵站安装 1 台 KYC-LAT-600 型装置，在阀室和监测点安装 KYC-LAT-200 型装置，共部署设备 108 台，配套雷电预警系统与远程监测平台，实现所有设备的集中管理与状态监控。

3. 实施成效：2025 年灌溉期（4-10 月），灌区遭遇 8 次强雷暴天气，雷电预警系统提前预警准确率达 98%，所有防护区域未发生直击雷损坏事件，设备故障率较往年下降 95%，维修费用减少 90% 以上。远程监测平台实现了设备状态实时查看、故障预警、数据统计分析等功能，大幅降低了野外设施的运维成本，保障了灌区供水的连续性与稳定性。

（二）综合成效分析

1. 安全效益

①、彻底杜绝直击雷危害：保护区内直击雷发生率趋近于零，有效保护水利工程主体结构、电气设备、监测系统免受雷击损坏，避免因雷击导致的防洪安全、供水保障风险；

②、消除二次灾害风险：无需引雷入地，杜绝了跨步电压、电磁感应、反击等二次灾害，保障运维人员人身安全与精密设备正常运行；

③、提升应急响应能力：智能预警系统提前预判雷电风险，为水利工程应急调度提供充足时间，提升灾害应对的主动性与科学性。

2. 经济效益

①、降低初始投资：相比传统防雷方案，减少接地工程投资 60%-80%，施工周期缩短 70% 以上，单台设备覆盖范围是传统避雷针的 10-14 倍，大幅降低设备布设密度与工程成本；

②、减少运行维护成本：设备使用寿命≥20 年，是传统防雷设施的 2-3 倍，年均维护成本仅为传统方案的 10%-15%，长期运行经济效益显著；

③、避免灾害损失：有效避免因雷击导致的设备维修、停产停运、应急处置等直接经济损失，按中型水电站测算，每年可减少损失数百万元。

3. 社会效益

①、保障水利工程持续运行：为防洪、供水、灌溉等核心功能提供安全保障，维护社会公共安全与稳定；

②、推动行业技术进步：为水利行业防雷技术提供全新解决方案，助力 “四新（新技术、新材料、新工艺、新设备）” 技术推广应用与数智化转型；

③、绿色低碳发展：无源运行与太阳能供电模式符合国家 “双碳” 战略，减少能源消耗与环境影响，实现可持续发展。

五、推广应用前景

（一）市场需求规模

我国水利工程存量巨大，截至 2026 年 2 月，全国各类水电站达 4.62 万座，水库 9.8 万余座，输水管道总长超 120 万公里，水文监测站点超 10 万个，灌区工程覆盖面积达 10 亿亩，这些设施均面临迫切的防雷升级需求。

据统计，我国年均雷暴日数超过 40 天的区域占国土面积的 60% 以上，水利工程防雷市场规模每年超过 300 亿元。随着水利行业数智化转型加速，对防雷技术的安全性、智能化、适配性要求不断提升，传统防雷技术已难以满足需求，雷安通无源主动抑制雷技术作为颠覆性替代方案，市场推广空间极为广阔。

（二）推广应用条件

1. 技术成熟度：已具备大规模推广条件

①、技术体系完善：形成从核心设备、智能监测到系统集成的完整技术链条，产品通过多项权威认证，性能稳定可靠；

②、标准支撑充分：主导编制多项团体标准，主导编制中国气象协会《抑制雷电装置技术要求》团体标准；主导编制北京市文物保护协会《文物建筑抑制雷电装置工程技术规范》团体标准；参编《高海拔地区电力设施防雷技术规范》；参编《建 (构) 筑直击雷防护装置性能要求和试验方法》等标准，为行业应用提供技术依据；

③、实践验证充分：已在卫星发射基地、高压输电线路、古建筑、学校等多个领域成功应用，累计完成 57 个重点项目，其中包括多个水利相关场景（如水电站、水库、输水大桥），应用效果得到充分验证。

2. 政策支持：契合行业发展导向

①、符合 “四新” 技术推广政策：本技术作为水利行业 “新技术、新设备” 典型代表，契合中国水利电力质量管理协会 “四新” 技术征集要求，得到行业政策支持；

②、适配数智化转型需求：技术集成智能监测与数据互联功能，符合水利行业 “智慧水利” 发展方向，与《“十四五” 水利科技创新规划》中 “提升水利工程安全监测与智能运维能力” 的要求高度契合；

③、响应绿色低碳战略：无源运行与节能环保特性，符合国家 “双碳” 战略与水利行业绿色发展要求，具备政策推广优势。

3. 成本优势：具备市场竞争力

①、初始投资成本：单台设备价格虽高于传统避雷针，但因覆盖范围广、施工成本低，整体工程投资较传统方案降低 30%-50%；

②、全生命周期成本：使用寿命长、维护成本低，全生命周期成本仅为传统方案的 20%-30%，具备显著市场竞争力；

③、风险成本节约：避免雷击灾害损失，间接经济效益显著，进一步提升市场接受度。

（三）推广应用计划

1. 分阶段推广目标

①、第一阶段（1-2 年）：重点推广应用于雷电高发区域的水电站、大型水库枢纽、重要输水工程等关键水利设施，完成 100 个示范项目建设，形成行业标杆案例；

②、第二阶段（3-5 年）：扩大推广范围至中小型水利工程、灌区、水文监测设施等，实现年推广应用设备 5000 台以上，市场占有率达到 15% 以上；

③、第三阶段（5-10 年）：建立水利行业防雷技术标准体系，实现技术全面普及，市场占有率达到 40% 以上，成为水利行业防雷首选技术。

2. 推广路径

①、政策引导：依托水利行业 “四新” 技术推广政策，争取纳入行业重点推广技术目录，通过行业协会、主管部门组织技术交流与推广会；

②、示范引领：建设一批不同类型的水利工程示范项目（如高原水电站、沿海水库、长距离输水工程），形成可复制、可推广的应用模式；

③、合作共建：与水利工程设计单位、施工企业、科研院校建立合作关系，将技术纳入工程设计标准与规范，实现技术与工程建设的深度融合；

④、技术服务：建立专业技术服务团队，提供方案设计、安装调试、运维培训、数据分析等全流程服务，保障推广应用效果。

（四）预期推广成效

1. 行业层面

①、推动水利行业防雷技术升级：替代传统被动防雷技术，建立主动抑雷技术体系，提升行业整体防雷水平；

②、完善技术标准体系：推动制定水利行业专用防雷技术标准，规范技术应用与工程建设；

③、助力数智化转型：通过智能监测与数据互联，为智慧水利建设提供安全保障与数据支撑。

2. 经济层面

①、累计创造直接经济效益：预计 10 年内推广应用设备 5 万台，带动产业规模超 50 亿元，为企业创造利润超 20 亿元；

②、节约社会成本：预计每年为水利行业减少雷击灾害损失超 100 亿元，降低运维成本超 50 亿元；

③、带动产业链发展：促进防雷设备制造、智能监测、工程服务等相关产业发展，创造就业岗位超 1 万个。

3. 社会层面

①、保障水利工程安全运行：大幅降低雷击导致的水利工程故障风险，保障防洪安全、供水保障、粮食灌溉等核心功能稳定发挥；

②、提升公共安全水平：避免雷击造成的人员伤亡与财产损失，维护社会公共安全；

③、推动绿色低碳发展：减少接地工程对生态环境的破坏，降低能源消耗，助力生态文明建设。

六、结论

雷安通无源主动抑制雷技术作为水利行业 “四新” 技术的典型代表，通过理念创新、原理创新、适配性创新与系统集成创新，构建了 “主动抑雷、智能监测、全域防护、绿色低碳” 的完整技术体系，从根本上解决了传统防雷技术的固有缺陷，完美适配水利工程复杂环境与严苛安全要求。

该技术已通过多个水利相关项目的实践验证，在安全效益、经济效益与社会效益方面均取得显著成效，具备大规模推广应用的技术条件、政策支持与市场需求。未来，随着技术推广与标准完善，该技术将成为水利行业防雷的主流方案，为水利工程安全稳定运行提供坚实保障，助力水利行业数智化转型与绿色低碳发展，为国家水安全战略实施作出重要贡献。