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。本基金主要面向电磁环境学科发展的需求，特别是在创新港校区的发展。

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。

为支持西安交通大学电磁环境与电磁安全教育事业的发展，特设立“电磁环境与电气安全创新港学科发展基金”，向社会各界募集捐赠资金，用于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事业发展。

四、开展时间及流程

2021年3月-4月对创新港3号巨构1楼、特种电气实验室、开元2号楼等处的实验室进行了实验室定期维护整修，保证场地清洁，保证实验室的安全稳定持续运行。

实验室维护过程中与校内各部门积极协调，严格按照规定流程和约定的时间施工，并在施工过程中积极与学校物业沟通，在保证工艺和质量的前提下推进工作进度，确保高效准时完成任务。同时督促施工单位加强成品保护工作，做到轻装轻卸，督促施工单位文明施工，做到活完场清，不得遗留垃圾、不得污染已完成的项目，装修完成之后随时跟进养护进度，保证场地清洁，尽量避免和消除对教职员工和周围的影响。

五、项目成果

在实验室工作环境的支持下，电磁环境与电磁安全方面涌现出一批成果：

1）电力设备电磁脉冲效应实验研究与易损性评估

针对典型电力设备的电磁脉冲效应实验研究，研究建立了电气设备运行状态效应试验等效平台，主要包括线路特性阻抗等效实际输电线路的10 kV配电系统、适用运行状态电气设备试验的电磁脉冲注入系统以及含有电磁防护功能的线路阻抗稳定网络。并针对绝缘子、避雷器、变压器等开展了效应实验，获得了易损性数据并分析研究了其效应机理。

2）电磁脉冲传导防护技术

针对高空电磁脉冲（HEMP），有意电磁干扰（IEMI）以及雷电（LEMP）等强电磁脉冲传导干扰，面向不同应用场合，分别进行了10kV综合防护器研制，信号线（射频线和双绞线）防护模块研制，220/380V防护器研制以及24V直流电源防护模块研制；由于电磁脉冲传导干扰具有前沿快，幅值等特点，在防护器的研制过程中，针对元器件还进行了避雷器快脉冲响应研究，GDT快脉冲响应及其模型研究以及大通流快脉冲电感的研制。同时，为了更好地进行防护器的性能测试实验，利用中心的快脉冲源，还搭建了符合GJB 8848-2016《系统电磁环境效应试验方法》和MIL-STD-188-125-1标准的PCI实验平台，并进行了综合电磁防护LISN的研制。

3）强电磁脉冲模拟试验技术

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。

4）脉冲电磁辐射源探测及定位装置

为了提高大范围内脉冲电磁辐射源的探测及定位精度，研制成功了具有高速信号接收、精准时间同步、无线数据传输的辐射电场探测装置。该装置采样率可达2 GSPS，存储深度达128千字节，可通过改变接收天线长度去调节其量程，范围为数百V/m到kV/m；基于全球定位系统（GPS），探测装置所处位置和时间信息可被记录，特别是结合硬件联合设计技术，探测装置的触发时刻的时基分辨率可被精确至10 ns；利用第四代移动通信技术（4G），该装置的远程数据传输速率可达每秒46 kB，单次记录的数据发送时长约为3秒。

六、财务报告

2021年10月30日