一、项目名称

电磁环境与电气安全创新港学科发展基金

二、项目实施单位

西安交通大学电气工程学院

三、项目简介

进入21世纪以来，电磁环境日益恶化。随着信息化设备的迅速普及，微电子设备密度不断增加，复杂电磁环境对电力、通信、交通、金融、应急服务系统、能源供给等基础设施系统的威胁日益严重。近年来，5G通信技术不断发展应用，进一步将日常电磁环境提高到C波段甚至毫米段，必将带来电磁兼容新问题。2019年，江苏沃姆克科技有限公司向西安交通大学捐赠15万元设立“电磁环境与电气安全创新港学科发展基金”，用于支持西安交通大学电磁环境学科发展。

1.基础设施电磁安全所面临的严峻形势

复杂电磁环境主要包括高空电磁脉冲(HEMP)、有意电磁干扰（IEMI）和地磁暴（GMD）等。高空电磁脉冲是由核武器爆炸产生的电磁辐射，能够对电力系统和关键基础设施造成严重破坏，由于高空电磁脉冲威胁强大，受到多国政府广泛关注。有意电磁干扰一般由非核电磁武器产生，给电力、电子系统引入噪声或者信号，从而扰乱、破坏这些系统，以对社会造成恐慌。其威胁性主要体现在：1）恐怖主义威胁正在全球呈扩大趋势；2）基于电力、电子的基础设备越来越多，物理障碍以外的隐蔽操作很有吸引力；3）技术的发展提高了射频源的能量以及天线的辐射效率； 4）IEMI源的数量正在不断增多。除了HEMP和IEMI等人为产生的电磁破坏，自然界的高强度太阳风暴事件同样能够破坏电力系统和其他基础设施，例如卫星、海底电缆等。太阳风暴产生的影响被称为地磁干扰（GMD），会在地球表面产生地电势（ESP）从而在电网中形成地磁感应电流（GIC），持续几分钟至数小时，其中，1989年GMD在92秒内造成加拿大魁北克电网崩溃，600万用户在内最长停电9小时。

随着智能化、信息化的发展，关键基础设施领域面临的电磁安全问题也十分突出。智能电网、高速铁路、新一代核电装备等已经成为中国在高端装备制造、自主研发和产业升级的靓丽名片；新一代互联网、大数据中心、民用航空和油气输运管道等方面也在迅速发展。这些国家关键基础设施大多是信息-物理系统的加速融合，自动化、信息化、智能化程度不断提升，但与此同时，由于低功耗微电子器件和设备的广泛应用而带来了电磁敏感性问题。特别是面临强瞬态电磁环境时，电磁安全问题更为突出，可能对国家关键基础设施的安全可靠运行构成严重威胁。

此外，复杂电磁环境对人类自身的健康也会产生不可避免的直接或潜在影响。不同的电磁波频率以及作用于生物体的时间和功率，极大的影响着对生物体和组织的辐射作用效果。尤其是高频电磁波，由于其频率高，波长短而更易对生物体或组织细胞产生分子和原子级别的电离作用。因此需要对电磁场的生物机体辐射有一个准确的认识，开展相关研究从而有效避免复杂电磁环境可能对人体造成的危害。

2.世界各国电磁安全研究发展战略

鉴于极端电磁环境的严重威胁，世界各国高度重视电磁环境与电磁安全的研究。

美国于2000年、2006年、2015年和2017年先后四次组建“电磁脉冲威胁评估委员会（Commission of Assess the Threat to the Unite States from Electromagneitc Pulse）”，评估电磁脉冲攻击可能对美国基础设施电磁安全造成的威胁。2019年3月，特朗普再次签署总统法令要求开展研究避免美国基础设施受到电磁脉冲攻击影响，美国第四次成立电磁脉冲攻击威胁评估委员会，开展对基础设施等的易损性分析评估研究，足见美国对电磁安全问题的高度重视。2008年委员会发布了电磁脉冲攻击对美国关键基础设施威胁的评估报告。2015年年底美国国会通过了《2016财年国防授权法案》《修复美国地面运输法案》《关键基础设施保护法案》等三项涉及电磁脉冲防御的议案，表明美国政府和国会正在逐步采取措施，通过立法的形式来落实基础设施电磁脉冲防御的工作。2016年3月，应美国国会请求，美国政府问责局发布了《关键基础设施防护：联邦机构需要采取行动应对电磁风险并进一步评估风险、加强合作》的报告。

欧洲方面，为了研究在有意电磁干扰环境下关键基础设施的安全性，欧盟第七框架计划在安全主题中支持了三个科研计划，分别是HIPOW（高功率微波威胁下的关键基础设施防护）、SECRET（电磁攻击下的铁路安全）和STRUCTURE（提高电磁攻击下关键基础设施恢复力的策略研究）。

韩国近年来也成立了电磁安全技术小组，主要目的是研究电磁波泄露相关的安全问题以及防止受到高功率电磁脉冲破坏的技术。

国内方面，考虑到日益恶化的电磁环境造成的电磁安全的严峻形势，在中国工程院重点战略咨询项目的支持下，经过广泛调研、深入分析论证，邱爱慈院士联合25位院士通过中国工程院向中央写信建议国家高度重视电磁脉冲及其对国家关键基础设施的影响，得到国家领导的重要批示。

3.电磁安全研究的国际形势及发展趋势

鉴于复杂电磁环境带来的电磁安全威胁，深入研究电磁环境影响基础设施的作用机理、效应评估及防护手段的相关科学问题及工程技术难题日益成为国际学术界研究的热点问题。

IEEE TC5专门成立“高功率电磁学工作组”，专门聚焦高功率电磁环境效应防护等问题。国际无线电联盟（URSI）也将电磁环境与电磁安全列为未来关注的重点问题之一。国际电工学会IEC S77C分会制定一系列高功率电磁学相关的标准，用于指导电磁环境模拟、测试，效应试验，以及相关工业设计等。

2020年，中国科协发布了十大工程技术难题，“信息化条件下国家关键基础设施如何防范重大电磁威胁”位列其中。问题指出“我国关键基础设施强电磁脉冲防御能力和技术研究还存在较大差距。为了提升我国关键基础设施电磁安全，从而保护经济建设成果，急需突破强电磁脉冲环境耦合效应数值模拟、试验与考核评价、威胁评估建模与仿真、防护加固与减缓方法等关键技术，建立综合试验平台和仿真平台，验证和示范强电磁脉冲防御方法和策略，制定可推广的标准规范和行动指南，快速提升我国关键基础设施强电磁脉冲防御能力。”

4.电磁环境与电磁安全学科创新引智基地建设的迫切需要

在电磁安全形势日益严峻的背景下，经教育部批复，西安交通大学在电气工程一级学科下面新设立了“电磁环境科学与技术”二级学科，以适应经济社会发展对电磁环境与电磁安全领域专业人才培养和科研工作深入开展的需求。学科设立伊始，我校申请了教育部特色项目“电磁环境科学与技术课程体系建设聘请外教特色项目”，以国际化视野高起点开展电磁环境科学与技术课程体系建设。在广泛国际合作和国际交流的基础上，2016年成立了瞬态电磁环境与应用国家级国际联合研究中心。通过广泛的国际交流与国际合作，我校电磁环境与电磁安全学科在人才培养、研究平台、技术实力、国际影响力等方面都有了显著的提升。

四、开展时间及流程

本基金捐赠时间为2019年，开始使用日期为2020年。

为加强基金管理，合理规范使用捐赠资金，特设立“电磁环境与电气安全创新港学科发展基金”管理委员会。基金管理委员会负责基金的管理和决策。主任委员、委员由捐赠方和西安交通大学共同推选人担任。西安交通大学教育基金会负责本基金的监督管理。

基金管理委员会的职责：

1. 制定及修改章程。

2. 决定重大事项，包括资金的管理和使用计划等。

3. 审批基金的年度使用计划和预决算。

4. 验收、总结基金每年支持项目的使用效益。

5．决定有关基金的其他事项。

本基金根据章程规定的用途和公益活动的业务范围使用基金，不得挪作他用。基金的管理使用遵循“专项管理、专款专用、高效达标、有效监督”的原则。基金用途：西安交通大学中国西部创新港电磁环境与电磁安全学科建设与研究生奖助学金。

五、项目成果

本年度围绕着电磁环境进行了一系列的研究，部分成果如下：

在强电磁脉冲产生方面，发展了低频补偿定向辐射技术，研制了系列化电磁脉冲定向辐射系统，并对车辆、屏蔽体等开展了电磁脉冲辐射效应试验和屏蔽性能试验研究；发展了感性、容性等多种脉冲大电流耦合技术，研制了多套脉冲电流注入设备，开展了10kV变压器、绝缘子等电力电子设备的电磁脉冲传导效应试验；发展了脉冲X射线模拟技术，研制了具有产生脉冲电子束、脉冲X射线的多功能模拟系统和高压电磁脉冲源，配套研制了脉冲电子束和脉冲X射线的测试系统；开展了固态高重频脉冲源时基稳定度、功率合成等工作，针对无人机系统开展了高功率微波效应建模分析。

在地磁暴方面，针对地磁暴灾害，重点研究地磁暴诱发油气管网与电网致灾机理，油气管网和电网地磁暴扰动的建模计算方法及实验技术，以及油气管网和电网地磁暴致灾风险评估方法。提出了考虑大地电导率三维多尺度分布的地磁暴感应地电场(GMD)计算方法；基于三维大地提出了电网地磁感应电流、埋地管道对地电位的计算方法并得以验证。

在电磁时间反演方面，采用理论推导、仿真建模分析、实验验证相结合的技术路线，建立与完善故障定位的新模型和新算法，有效提高定位精度。不仅能够在设备、电力电缆发生故障后可实现高精度、快速的故障定位，减少因停电造成的综合经济损失，而且还能通过在线监测，及时检测到潜在的绝缘故障，制定有针对性的检修处理方案。

在传输线理论方面，研究建立了基于波形松弛迭代的多导体传输线电磁脉冲响应解析迭代模型，大幅提高了大规模多导体传输线电磁脉冲响应建模计算效率，并能够有效解决包含非线性负载的问题；研究建立了基于沿线激励电场表达的非均匀场激励下的多导体传输线电磁脉冲响应计算模型，能够有效针对HEMP或LEMP等非均匀激励场对传输线的耦合响应开展快速建模计算；研究建立了电磁脉冲对架空和埋地传输线网络耦合的SPICE等效电路模型，可针对传输线网络开展建模计算，并能够有效处理端接变压器、避雷器等实际情况。

六、财务报告

2020年12月31日