国网浙江省经济技术研究院李国强、陈科技等：主动防雷技术的研究进展与应用前景分析

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（来源：电能革新）

传统的被动防雷技术主要考虑在雷电产生后减小其对保护对象的破坏，越来越难以满足现代防雷需求，亟须发展更加积极主动的防雷技术，直接调控雷电的产生及特性再进行防护。国网浙江省经济技术研究院、安徽工业大学电气与信息工程学院的李国强、陈科技、卞荣、陈思乐、陈兆权，在2025年第8期《电气技术》上撰文简述雷电物理及防雷技术的发展历程，重点阐述新型接闪器、火箭引雷和激光引雷3种主动防雷技术的研究现状，介绍以无人机引雷为代表的其他主动防雷技术，并对比几种主动防雷技术的优缺点，分析现阶段主动防雷技术存在的问题并展望其未来发展趋势。

雷电是一种超长距离放电现象，属于自然界中常见的气象活动，全球范围内的闪电发生次数约46次·s-1。2010—2020年的中国雷电观测数据表明，我国的雷电高发区主要集中在广东、海南、福建、浙江及其他沿海省份，其平均地闪密度均高于10次·km-2·a-1。本团队根据浙江省雷电定位系统数据研究了水体对雷电分布特征的影响，发现水体对雷电产生和雷电强度具有抑制作用，但水体周边1～4 km范围是高地闪密度区。

雷电通常伴随声、光、热、力、电多种物理效应，如雷鸣、闪电、高温、冲击波、电流、电磁脉冲等，因而可能在短时间内产生巨大的破坏作用，形成雷电灾害。

一方面，雷击入地产生的巨大电流直接威胁地面人员及其他生物的生命安全，据24个国家的不完全统计数据，平均每年超过4000人直接死于雷击。

另一方面，雷电产生的物理效应可能损坏植被、建筑物、设备等，从而给人们的社会活动带来影响。例如，雷击产生的高温可能引发森林火灾，也可能引起仓储、油田等建筑燃烧甚至爆炸；同时，雷电产生的电流及电磁脉冲可能导致通信中断或者停电事故。

据统计，我国输配电线路每年遭受的雷击次数可达35万余次，其中，雷击引起的跳闸次数约占输电线路总体跳闸次数的50%。因此，雷电可能造成巨大生命财产损失和不良社会影响，是最为严重的自然灾害之一。

为了防止雷电灾害带来的影响，长期以来，人们对雷电的物理过程开展了广泛的研究工作，并以此为基础逐步发展出一系列保护措施，如加强绝缘防护水平、引雷入地等，其中最典型的措施为架设接闪器。目前，广泛采用的防雷方式主要考虑在雷电产生后减小其对保护对象的破坏，属于“被动”防雷。

随着技术的不断发展，传统的被动防雷方式存在保护效果有限、存在感应过电压、接地要求高等缺点，已经越来越难以满足现代社会的发展需求。因此，发展更加积极“主动”的防雷技术，对于人们社会活动的安全稳定运行和防灾减灾建设具有重要的意义。

主动防雷技术是当前防雷技术的发展前沿，其核心思想是通过人工诱发的方式主动对雷电产生的时间、地点和强度等参数进行调控，使雷电特性变为易于防护的状态，继而减轻或消除雷电的危害，可以作为现有防雷技术体系的有力补充。

本文首先简单介绍雷电相关的基本理论及防雷技术的发展历程，然后详细归纳现阶段几种主流的主动防雷技术的研究进展，最后重点分析主动防雷技术的应用前景和未来发展趋势。

1 雷电理论及防雷技术发展历程

1.1 雷电理论发展历程

雷电的形成是一个复杂的过程，人们对雷电的研究可以追溯到1752年，本杰明·富兰克林首次揭示了雷电与电的本质是相同的。在随后的200多年中，人们在雷电定位、雷电观测、雷电特性研究等方面开展了大量的工作。然而，直至今日，学界尚未探明雷电的具体起始机制。

目前，雷电的基本物理过程可以用先导放电（leader discharge）理论进行描述，先导是连接放电头部流注区域和放电源的热电离通道。根据起始位置和发展方向，雷电可分为上行雷和下行雷。较为常见的下行雷由雷云起始并向下发展，而上行雷较为少见，从山顶、高塔等高大物体起始并向上发展。

以最典型的负极性下行雷为例，其基本物理过程为：雷云中的局部放电发展形成初始先导并演化为对地放电，以数十米为步长阶梯式逐步向下发展，称为梯级先导（stepped leader）；梯级先导靠近地面时，地面的导体突出物表面形成感应电荷并产生上行先导（upward leader），与下行先导（downward leader）接触，这个过程称为接闪（attachment）；此时下行先导头部的负电荷快速流入导体，产生巨大的电流，使靠近地面部分放电通道的电导率和亮度明显增强，这种放电通道沿原下行先导通道向上移动直到云层，称为首次回击（return stroke）；雷电可能会在首次回击后结束，但如果雷云中仍有额外电荷，可能会再次产生连续传播的箭式先导（dart leader）沿着失效的回击通道向下发展，并引起继后回击（subsequent strokes）过程，直到雷电结束。

对于上行雷，先导从地面起始并向雷云发展，第一个上行先导到达雷云后不会产生回击过程，但会引发向下发展的箭式先导并产生继后回击。尽管上行雷和下行雷的起始过程明显不同，但从雷云中产生下行先导及继后回击的过程是类似的。

由于自然界的雷电随机性较强，研究难度大，人们也运用实验或数值计算的方法对雷电的产生和特性进行模拟。实验室中通常采用长间隙放电模拟雷电的放电特性及雷击后的绝缘问题：在数米至数十米的棒-棒或棒-板间隙上施加高压（通常为雷电波），研究间隙的放电特性及其影响因素，其结果为雷电理论的发展及外绝缘的工程设计提供了重要的参考。

然而，实验研究难以穷尽所有的实际情况，研究人员又发展出了雷电及输电线路雷击特性的数值模拟方法：通常将雷电分为不同发展阶段，并采用不同参数和方法分别建模。

1.2 防雷技术发展历程

基于对雷电的深入研究，富兰克林发明了避雷针（早期接闪器）：将细铁棒固定在建筑物顶端，通过导线与地面相连，可以将雷电有效引入大地，保护建筑物免受雷击。这是防雷技术发展的开始。随后，人们逐步完善了接闪器及其配套设施，如优化接闪器结构、架设避雷线、安装避雷器、改进接地系统等，形成了现阶段的被动防雷技术体系。

在电力系统中，常用的被动防雷措施主要可以分为“阻塞型”和“疏导型”两种保护方式。“阻塞型”防雷方法主要是加强绝缘水平，如增加绝缘子片数；“疏导型”防雷方法主要包括架设避雷线、降低杆塔接地电阻、安装线路型避雷器、加装耦合地线和采用不平衡绝缘等。

上述被动防雷方式是目前电力系统中的主要防雷手段，其优点是经济、简单，同时存在诸多局限性：首先，由于雷击具有随机和分散的特点，可能产生“绕击”现象；其次，各类电子电气设备的智能化和数字化程度越来越高，传统接闪器无法防护引雷入地时产生的强电磁脉冲对这些设备的危害；最后，在接地网络施工困难或接地成本极高的特殊场合下，被动防雷方式难以发挥保护效果，引雷入地时产生的电位提升还可能发生反击现象，例如，被动防雷方式应用于山区输电线路时存在投资成本高、施工难度大等弊端。

为了弥补被动防雷技术的不足，研究人员在主动防雷方面开展了大量的研究工作。需要指出的是，尽管主动防雷技术已被多次提及，但在公开的资料中尚无对主动防雷概念的明确定义。

为了更好地区分被动防雷与主动防雷，本文提出一种以雷电产生条件为依据的界定方法：对自然条件下产生的雷电进行防护，属于被动防雷；通过人工手段改变雷电的产生和特性后再进行防护，属于主动防雷。目前，研究人员发展出新型接闪器、火箭引雷和激光引雷3种主流的主动防雷技术，以及部分其他主动防雷方式，下面进行详细叙述。

2 主动防雷技术的研究进展

2.1 新型接闪器

由于传统的富兰克林接闪器存在诸多局限，为达到更好的防雷效果，研究人员对其进行改造，经过长期研究获得多种新型接闪器，形成了一系列商用产品。

依据工作原理，可将这些新型接闪器分为两类：第一类利用多针结构尖端电晕放电产生空间电荷，与雷云底部向地面发展的电荷相互作用，使空气电场变得均匀，从而破坏雷电的产生条件；第二类相比传统的富兰克林接闪器，可以在针尖提前起始电晕放电并主动引发上行先导，从而增加引雷概率和保护范围。值得注意的是，尽管这些产品已获得了一些实际应用，但其防雷效果仍存在争议。

商用产品或公开资料中提到的消雷器、拒雷器、驱雷器、消散阵列、电荷转移系统等设备均属于第一类新型接闪器，本文将其统称为消雷器，如图1所示。早期使用的消雷器为多短针导体消雷器，在雷云形成的感应电场下，用上百个甚至上千个金属尖端产生电晕放电，形成空间电荷与雷云底部电荷相互作用，然而，这种结构的尖端过多，针尖电场相互影响，使电晕电流过小，仅在μA级别，与雷云电荷之间的作用效果有限。

为了解决这一问题，武汉水利电力大学解广润、陈慈萱教授团队提出少长针导体消雷器，由几个至几十个伞形或阵列型布置的金属尖端构成，其在雷云感应电场下的电晕电流可以增大数十倍，根据其运行情况的不完全统计，少长针导体消雷器可以消除或削弱下行雷，降低输电线路的雷击跳闸率。

然而，导体消雷器依靠电晕放电产生的空间电荷与雷云电荷作用，易受大风影响，该团队又提出了半导体少长针消雷器，其基本结构不变，但使用半导体构成针尖，通过半导体材料的阻抗对下行雷进行限流，也能可靠地防止针尖形成上行雷，同时兼具导体消雷器电晕放电产生空间电荷的作用。

尽管已有不少资料公开报道了消雷器的应用及其有效性，但仍有部分学者对消雷器提出质疑：首先，消雷器尖端电晕放电产生的电荷量远低于雷云的电荷量，所谓的电荷“中和”效果微乎其微；其次，消雷器尖端仍有引雷作用，消雷器遭受直击雷的事件时有发生，即使应用了半导体消雷器，当雷电强度较大时也可能发生闪络，使其限流作用失效，甚至导致消雷器损坏。

近年来，有公司提出商用的等离子体防雷技术与相关产品，在雷云产生或经过保护区域时，通过有源器件在针尖主动产生等离子体与雷云电荷进行作用，虽然在无源消雷器的基础上增加了空间电荷的产量，但仍然属于“中和”雷云电荷的工作机理，原有的消雷器的问题未得到实质性解决。

随着数值模拟技术的进步，研究人员建立消雷器仿真模型，研究了雷云电场下消雷器的针尖放电情况及其对雷云的作用，并探究了横向风、雷云高度及海拔等因素的影响，结果表明，在理想条件下仅有不到20%的空间电荷可以迁移至雷云底部并发生中和作用，当无风且雷云底部高度不超过1 km时，消雷器可以有效削弱雷云电场并抑制下行雷，但雷云底部高度超过1 km或存在横向风时消雷器的中和作用将会失效。

图1 常见的消雷器

商用产品或公开资料中提到的提前放电避雷针、主动式避雷针、预放电避雷针、可控放电避雷针等均属于第二类新型接闪器，本文将其统称为提前放电接闪器，如图2所示。为了实现提前引发放电及上行先导的功能，提前放电接闪器的针尖通常布置为类似于火花间隙触发开关的三电极结构，同时需要配置一个储能元件，这个元件在雷云电场较强的情况下释放能量，对针尖产生电压脉冲并引发放电。

根据储能元件的类型及工作原理，可将提前放电接闪器大致分为3种类型：①通过雷云及下行先导的电场为供电电容充电，利用电容为电压发生器供电，对针尖产生电压脉冲；②利用风能驱动压电材料产生电压脉冲，或直接使用风力驱动的电压发生器；③采用雷云及下行先导的电场击穿保护气隙，通过内置电感线圈和杂散电容之间振荡产生的过电压来引发放电，这种结构一般不具备额外的触发电极。

有研究人员通过长间隙放电实验对比了传统的富兰克林接闪器和提前放电接闪器的性能，发现在同样的实验条件下，提前放电接闪器的平均放电时间早于传统接闪器，并具有更强的引雷能力和更低的放电电压。据文献报道，提前放电接闪器已在我国多个地区的电力系统中投入试用，并宣称在一定的观测时间范围内，提前放电接闪器的运行效果良好，有效降低了输电线路的雷击跳闸率。

然而，也有研究结果表明，提前放电接闪器与传统的富兰克林接闪器产生的上行先导起始时间没有显著差异，同时，上行先导的发展速度和长度均相近，不足以影响接闪过程，提前放电接闪器对防雷效果的提升很小。

COORAY V等从理论角度分析了自然条件下提前放电接闪器和富兰克林接闪器的相似性，认为任何接闪器在阶梯式下行先导产生的电场作用下，都会产生脉冲式感应电场，这相当于以一定的时间间隔为接闪器注入电压脉冲，提前放电接闪器主动产生的电压脉冲影响较小，因此，实验室条件无法完全模拟自然条件下的雷电环境，不能通过现有的实验方法验证提前放电接闪器的有效性。

在此基础上，陈维江院士团队探讨了一种既能反映雷电机理又直观明了的实验方法，认为不同类型接闪器的防雷效果差异主要体现在迎面放电过程中，可以通过流注起始时刻、流注平均发展速度、连续先导起始时刻和连续先导平均发展速度等指标进行评价。

图2 常见的提前放电接闪器

2.2 火箭引雷

1958年，NEWMAN M M等提出通过火箭触发雷电的设想。1961年，BROOK M等通过实验发现，快速引入电场的细导线会引发火花放电，而稳定存在的细导线不会产生放电。1967年，NEWMAN M M等在佛罗里达州西海岸的实验船上通过火箭成功引发雷电。1973年，FIEUX R等首次在陆地使用火箭引雷成功。1979年，夏雨人等首次报道了我国应用火箭成功引雷的案例。在随后的几十年，世界各国的研究机构均在火箭引雷方面开展了相关工作。

火箭引雷技术需要向雷云发射一枚小型火箭，并在火箭上悬挂一根细金属线，通过向空中快速移动的金属线触发雷电。根据金属线的接地方式，可将火箭引雷分为“经典触发”和“高度触发”两种形式。火箭悬挂的细金属线直接接地的引雷方式称为“经典触发”，这是火箭引雷最初使用的方式，也是引雷更为有效的一种方式，其典型物理过程如图3所示。

引雷火箭的发射时机取决于地面传感系统对雷云环境的监测及自然雷电的发展情况，火箭发射后以200 m/s左右的速度向雷云运动，当火箭达到几百米的高度时，其悬挂的细金属线将在感应电场的作用下引发上行先导放电，这种情况与自然条件下高大物体上起始的上行雷发展过程相似。

上行先导在向雷云发展的过程中可能发生分叉，当上行先导发展至雷云后，雷云和地面之间建立起导电通道，产生持续时间约100 ms的初始连续电流（initial continuous current），将雷云中的负电荷传导至地面，上行先导和初始连续电流共同构成火箭触发雷电的初始阶段（initial stage）。

产生初始连续电流的过程中，火箭悬挂的细金属线可能熔化甚至爆炸，导致电流突然下降，产生约10 ms的中断过程，随后导电通道重新建立，并伴随有初始连续电流脉冲，雷云会沿上一次放电路径对地面产生下行箭式先导及继后回击过程。

回击过程结束后，回击通道内仍然存在持续时间100 ms量级的连续电流，在此期间放电通道可能突然变亮，伴随着连续电流上叠加的明显电流脉冲及电场突变，这个过程称为M分量（M component）。

图3 经典触发方式下火箭引雷的典型物理过程

20世纪90年代以来，引雷火箭悬挂的细金属丝不直接接地的触发方式得到发展和完善，被称为“高度触发”。在高度触发方式下，引雷火箭通常悬挂一段100 m左右的细金属线，细金属线的下端接一段数百米的绝缘线后再通过一段金属线接地，这种方式触发的雷电更加接近自然条件下产生的下行雷。在经典触发方式中，若细金属线发生断裂，也可能产生高度触发方式的引雷结果，其典型物理过程如图4所示。

当引雷火箭发射并上升到触发高度后，细金属线的上端将形成往雷云方向发展的上行先导，细金属线的下端则产生往金属接地线发展的下行先导，此时引雷火箭悬挂的细金属线两端同时存在双向发展的先导放电。

当引雷火箭悬挂的细金属线下端不存在绝缘线时，高度触发雷电过程依然可以完成，但细金属线通过绝缘线再接地后可以增加下行先导击中接地线的概率，防止火箭触发的下行先导击中地面其他物体。

高度触发方式下产生的下行先导与自然产生的下行雷中的梯级先导类似，以步进的方式阶梯状向接地线发展，当梯级先导靠近地面时，也会在接地线的上端引发上行先导并发生接闪过程。

接闪之后随即发生首次回击过程，由于回击过程的发展速度比上行先导快2～3个数量级，因此回击会追上上行先导的发展，使上行先导放电强化并发展至雷云的电荷中心，形成初始连续电流，此后，雷云中可能再次产生下行箭式先导/继后回击和M分量等过程，这些过程与经典触发方式引发的雷电相似。

图4 高度触发方式下火箭引雷的典型物理过程

由于自然条件下产生的雷电随机性较强，难以直接对其进行研究，而火箭引发的雷电过程，尤其是高度触发方式下产生的下行先导，与自然条件下的下行雷具有相似的物理过程，因此，火箭引雷逐渐成为研究雷电的重要手段。

近年来，研究人员通过火箭引雷开展了大量工作，主要包括：①火箭触发雷电的发展过程与光学特性；②火箭触发雷电的雷电流及电磁场特性；③火箭触发雷电过程中的高能现象；④火箭触发雷电的罕见/异常现象观测；⑤火箭触发雷电与地面物体的相互作用。

相关的研究工作还有很多，限于篇幅，本文不再一一列举，这些工作中获取的雷电基础数据为进一步研究雷电现象和雷电防护提供了重要的科学依据。

2.3 激光引雷

1974年，BALL L M等首次提出激光引雷的设想：通过激光-接闪器系统在空气中产生几千米长的等离子体通道，将雷电的发展路径引导至接闪器。由于激光引雷的方法相对安全、可控、无污染，可以连续工作，所以逐渐得到研究人员的重视。实现激光引雷的首要问题是如何使用激光在空气中产生电离通道。根据激光光源技术及相关基础研究的发展，可将激光对空气的电离机制分为碰撞电离和多光子电离两种。

对于持续时间为ns量级或更长的长脉冲激光，主要通过激光场加速空气中的自由电子，当其能量超过空气的电离阈值时产生碰撞电离，形成电子崩，最终使空气击穿，常用的CO2激光和Nd激光均属于这种类型。在碰撞电离机制下，激光脉冲持续时间越长，电子加速获得的能量越高，击穿空气所需要的光强阈值就越低，举例来说，ns激光击穿空气的光强阈值GW/cm2至TW/cm2量级。

由于长脉冲激光的能量容易被碰撞电离产生的等离子体吸收而迅速衰减，难以在空气中形成长距离的电离通道，因此长脉冲激光引雷主要在早期的相关研究中应用。随着激光技术的不断发展，通过啁啾脉冲放大技术可以进一步提高激光的性能，目前激光脉冲的持续时间可以达到ps和fs量级，其峰值功率可以达到TW量级。对于持续时间为ps或fs量级的超短脉冲激光，电子崩在激光脉冲持续时间内来不及发展，空气分子直接吸收光子的能量产生电离。

由于目前激光的单光子能量都达不到空气的电离阈值，空气分子需要同时吸收多个光子的能量产生电离，因此称为多光子电离。由于超短脉冲激光的自聚焦作用，更加容易在空气中形成稳定的长距离电离通道，逐渐成为激光引雷的主流方案。

几十年来，世界各国的研究机构相继开展了激光引雷的基础问题研究和自然条件下的激光引雷实验。对于激光引雷的基础问题，研究人员在激光产生的等离子体通道特性和激光触发/引导放电等方面做了大量工作，已经形成一些共识：通过激光可以在空气中产生长度在km量级的等离子体通道，这些等离子体通道经过长距离传输后仍能保持良好的电导率，可以用于降低放电间隙的击穿阈值，触发长空气间隙放电，并引导放电通道沿着激光方向发展。

FORESTIER B等在实验室中应用一个大型平板电极模拟雷云，平板电极下方间距2.5 m和2.2 m的位置分别设置一个球电极和一个针电极（模拟接闪器结构），球电极和针电极之间间隔1 m以上，对平板电极施加脉冲高压，并在球-板间隙中同步产生激光等离子体通道，结果发现激光触发的球-板间隙放电总是优先于针-板间隙。这些研究结果加深了人们对激光引雷物理过程的认识，推动了激光引雷技术的发展。

对于自然条件下的激光引雷实验，研究人员也从未停止探索。

在1978—1979年的TRIP（thunder- storm research international program）项目期间，研究人员在美国新墨西哥州尝试应用CO2 激光触发雷电，尽管观察到激光产生的空气击穿，但由于雷云较高，激光等离子体通道较短，未成功触发雷电。

YAMANAKA T和UCHIDA S等在1993—1997年期间的冬季于日本海沿岸200 m高的山上进行激光引雷实验，通过将CO2和Nd激光聚焦在引雷塔顶产生等离子体通道，在雷云产生的射频信号突然增加时发射激光，并使用引雷塔顶设置的电介质靶改善等离子体通道，最终记录到两次激光发射后的上行雷，但该结果存在一定争议，因为没有足够的证据证明雷电和激光之间的相关性，在这种条件下，引雷塔顶也可能自然产生上行雷。

2002年，由法国里昂大学、德国柏林大学、瑞士日内瓦大学等多家机构的研究人员组成的Teramobile团队研制了车载移动式激光装置及其配套的探测系统，可以按10 Hz的重复频率发射TW级fs激光；2004年，该团队利用这套装置在美国新墨西哥州海拔3 209 m的南博尔迪峰上进行激光引雷实验，但未成功引发完整的雷电，根据射频信号的同步探测结果及其统计学分析，认为激光在雷云中引发了云内电晕放电，并提出激光等离子体通道的寿命和密度需要进一步提高；

2021年夏，Teramobile团队于瑞士东北部海拔2 481 m的桑蒂斯山上再次开展激光引雷实验，并首次报道了具有较为确凿证据的激光引雷成功案例：该团队在总结以往研究经验的基础上，应用1 kHz的高重复频率ps TW激光触发雷电，最终在山上124 m高的电信塔顶记录到4次由激光引发的正极性上行雷，如图5所示，上行雷沿激光等离子体通道的路径发展了50 m以上的距离，通过比较激光开启和关闭两种情况下雷电产生的甚高频、电流、电场及X射线等信号，判断该上行雷确实由激光引发。

图5 相机记录的激光引雷成功案例

2.4 其他引雷技术

上述3种主动防雷技术是目前研究较多、技术相对更成熟的主动防雷方式，随着技术的不断发展，研究人员也在探索其他技术在主动防雷中应用的可能性，例如微波引雷、水柱引雷和火焰引雷等，但这些技术尚无成功的引雷案例。

近年来，公开资料中提出的无人机引雷的设想较为值得关注。作为一项新兴技术，无人机技术在电力系统中已有较多的实际应用，如电力巡检、电力应急和电力物资运输等。在主动防雷应用中，可以通过无人机携带具有金属导线的引雷装置至空中释放，或者携带激光模块、接闪器等装置至空中进行引雷工作，但还停留在设想阶段。

3 主动防雷技术的应用前景分析

随着技术的发展，雷电防护的场景越来越多，也越来越复杂，对于雷电防护的要求也在变高，传统的被动防雷方式已经越来越不能满足当今社会的防雷需求，发展更加积极主动的防雷技术对人类社会的生命和财产安全具有重要的意义。前文介绍了新型接闪器、火箭引雷、激光引雷和无人机引雷等几种主动防雷技术，现从理论上对这几种技术进行对比分析，结果见表1。

表1 几种主动防雷技术的理论对比分析

3.1 新型接闪器

对于新型接闪器，不论是消雷器还是提前放电接闪器，其技术难度相比其他主动防雷技术更简单，因此其单体经济成本较低。然而，新型接闪器的价格普遍高于传统的富兰克林接闪器，在大量安装的情况下，总成本不容忽视。

新型接闪器的主要优点是其运行和维护工作非常简单，甚至可以做到免维护，对于设计完成的新型接闪器产品，其使用无需依赖地面的雷云探测系统，也无需培训大量的专业技术人员，仅在安装时需要人工操作。新型接闪器最大的缺点是其主动防雷的成功率较低，可控性较差。总体而言，相比传统的富兰克林接闪器，新型接闪器对于引雷效果的提升作用仍存在争议，需要更多的直接证据。

3.2 火箭引雷

对于火箭引雷，其在雷电研究中具有重要作用。从防雷的角度来看，可以通过引雷火箭主动触发雷电并泄放雷云电荷，以达到保护地面物体的目的。引雷火箭及其悬挂的金属线或绝缘线需要满足一定的性能要求，其研发和制备具有一定的技术难度，而且引雷火箭、燃料及悬挂的线材均为消耗品，火箭发射需要专用的发射场地及发射架等设施，这使火箭引雷的经济成本高于新型接闪器，但总体仍在合理范围之内。

火箭引雷是目前人工引雷最为成熟、可靠的一种方式，这是火箭引雷的优势所在，虽然火箭引雷存在失败的可能，但是现有技术下，其成功率可达70%以上。

然而，火箭引雷在主动防雷方面的应用尚存在不足：

首先，引雷火箭发射的场地要求限制了其应用范围，火箭引雷基地一般选址在较为空旷和偏僻的地区，同时，一个基地一般配备5～10枚引雷火箭，难以长时间连续工作；

其次，火箭引雷需要依赖地面的雷云探测系统和专业人员的操作，火箭发射时机对于能否成功引雷至关重要，而发射时机的选择主要由操作人员的经验决定，一旦火箭发射，地面便失去了对火箭的控制，现场的天气、环境情况较为复杂，可能在火箭达到触发高度前发生自然闪电而使电场强度降低，导致引雷失败；

最后，火箭引雷存在一定的安全隐患，若引雷火箭采用化学燃料驱动，其本身存在一定的不安全性，此外，引雷失败时掉落的金属丝可能影响输电线路等地面设施的安全运行。以上因素使火箭引雷技术在防雷领域的应用存在一定的局限性。

3.3 激光引雷

对于激光引雷，其大规模实际应用仍存在较多技术瓶颈：首先，现有高功率超短脉冲激光器体积庞大，造价高昂，操作和维护都很复杂，技术难度较大；其次，激光引雷是激光传输与气体放电的交叉领域，涉及的物理过程十分复杂，特定等离子体通道的产生和调控机制有待进一步研究；最后，自然条件下需要的等离子体通道参数及激光引雷策略，仍然没有完全探明。

这些因素导致激光引雷的经济成本非常高，除了激光器本身的造价，还应考虑其运行、维护和专业人员方面的支出，这些缺点直接限制了现阶段激光引雷的应用。如果仅从技术角度来看，激光引雷具有可控性强、可以连续工作的优点，在主动防雷领域具有广泛的应用前景。尽管激光引雷已有成功案例报道，但其引雷成功率较低，现有案例均为多次发射激光后的少量成功样本，但随着技术进步及人们对激光引雷认识的加深，激光引雷的成功率有望继续提升。

需要注意的是，激光无法单独用于引雷作业，必须和接闪器搭配形成激光-接闪器系统，从而将雷电流通过接闪器引入大地，因此在接地不良或施工难度较大的场合，激光引雷技术难以应用。

3.4 无人机引雷

随着无人机技术的快速发展，其飞行高度、速度、载重等性能的提高，使其用于携带防雷模块至空中执行人工引雷作业具有可行性，但需要针对具体的防雷场景进行特殊设计，技术难度适中。然而，目前尚未见无人机引雷相关的研究工作和成功案例报道，公开资料也未对技术细节进行论证。

例如，无人机在执行引雷任务的过程中，本身可能遭受雷击而损坏，如何考虑无人机自身的雷电防护？为考虑回收方案，设法降低引雷无人机的成本，是否将无人机或其中部分模块设计为一次性消耗品？

综合来看，无人机引雷的具体技术路线仍须进一步探索，采用类似火箭引雷的原理在理论层面相对可行，在这种方案下，无人机引雷的经济成本与火箭引雷相近，可视为火箭引雷技术的进一步拓展。相比火箭引雷，无人机引雷同样需要地面雷云探测系统及专业人员进行操作，但无人机机动性和可控性更强，可以提高人工引雷的成功率和容错率；此外，无人机引雷的场地要求更低。

由于目前尚无无人机引雷的成功案例，无法确定其实际引雷成功率。理论上来说，无人机可以在空中进行多次引雷作业直至成功为止。根据以上分析，无人机在主动防雷领域具有替代火箭引雷的可能性。

需要指出的是，尽管主动防雷技术是目前防雷领域的研究热点，更适应目前的防雷需求，但现阶段仍无法取代传统的被动防雷体系：

首先，现有的主动防雷技术受限于成熟度、成本、应用范围等因素，尚无一种主动防雷技术可以大规模应用，仍需要突破其技术瓶颈；

其次，现有的主动防雷技术仍依赖传统的被动防雷体系，如新型接闪器和激光引雷技术需要引雷塔、接地等防雷基础建设，火箭引雷、激光引雷和无人机引雷均需要依赖地面雷云探测系统来确定引雷时机，主动防雷装备需要进一步集成化；

最后，现有的主动防雷技术大多需要高度专业化的技术人员进行相关操作，如火箭引雷、激光引雷和无人机引雷，这限制了这些技术的推广，主动防雷技术的智能化和规范化仍需要进一步发展。

因此，现阶段的主动防雷技术最适合作为被动防雷体系的补充，对重点防护对象增设主动防雷装备以提升防雷效果。待上述问题解决后，可逐步扩大主动防雷技术的应用范围，进而构建智能主动防雷体系。

4 结论

本文简述了雷电物理及防雷技术的发展历程，对主动防雷技术的研究现状进行了总结，分析了主动防雷技术的应用前景，主要工作如下：

1）提出了一种主动防雷技术和被动防雷技术的界定方法，即是否改变雷电的自然产生条件，系统性阐述了现阶段主流主动防雷技术的研究进展，即新型接闪器、火箭引雷和激光引雷，也简要介绍了目前尚不成熟的其他主动防雷技术，尤其是无人机引雷。

2）从技术难度、经济成本、引雷成功率等方面对几种主动防雷技术进行了理论分析，对比了不同技术路线的优缺点，认为新型接闪器仍须进一步发展，火箭引雷是目前最为成熟可靠的引雷技术，但其更适合用于研究，在防雷领域的应用具有局限性，激光引雷的成本过高，但在技术方面具有前景，无人机引雷虽仍处于设想阶段，但其理论可行，能够弥补火箭引雷的部分缺点，值得进一步研究。

3）分析了现阶段主动防雷技术的定位，即作为传统被动防雷体系的补充，对重点防护对象增设主动防雷装备，探讨了主动防雷技术目前存在的问题并展望了主动防雷技术的未来发展趋势，即平价化、集成化、智能化和规范化。

本工作成果发表在2025年第8期《电气技术》，论文标题为“主动防雷技术的研究进展与应用前景分析”。本课题得到国网浙江省经济技术研究院科技项目、安徽省高校协同创新项目的支持。