隨著現(xiàn)代社會(huì)對電力、通信、交通、石化、新能源等關(guān)鍵行業(yè)的依賴度不斷提升，雷電災(zāi)害對設(shè)備和人員的安全構(gòu)成了重大威脅。傳統(tǒng)防雷措施如避雷針、SPD浪涌保護(hù)器、接地系統(tǒng)只能在“被動(dòng)防護(hù)”層面減輕雷擊損害，而無法對雷電活動(dòng)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)判與主動(dòng)預(yù)警。

因此，地凱科技智能防雷雷電預(yù)警在線監(jiān)測系統(tǒng)（以下簡稱“智能防雷系統(tǒng)”）應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)結(jié)合氣象電場監(jiān)測、雷電定位、數(shù)據(jù)分析、通信聯(lián)網(wǎng)等多項(xiàng)技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)對區(qū)域雷電活動(dòng)的實(shí)時(shí)監(jiān)測、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與分級(jí)預(yù)警，為重大工程提供“事前預(yù)警、事中監(jiān)測、事后分析”的全周期防雷管理手段。

二、智能防雷系統(tǒng)總體架構(gòu)

智能防雷雷電預(yù)警在線監(jiān)測系統(tǒng)通常由以下四大部分組成：

大氣電場變化監(jiān)測與雷電傳感器單元

雷電信號(hào)采集與數(shù)據(jù)處理中心

通信與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

平臺(tái)軟件與可視化預(yù)警中心

系統(tǒng)設(shè)計(jì)遵循以下標(biāo)準(zhǔn)：

GB 50057-2014 《建筑物防雷設(shè)計(jì)規(guī)范》

GB/T 21714-2008 《雷電定位系統(tǒng)技術(shù)要求》

QX/T 285-2019 《地基大氣電場觀測規(guī)范》

DL/T 1596-2016 《變電站防雷監(jiān)測系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》

三、大氣電場監(jiān)測與雷電傳感器單元

1. 大氣電場監(jiān)測原理

大氣電場儀（Electric Field Mill, EFM）通過感應(yīng)電極的旋轉(zhuǎn)周期性地暴露與屏蔽電場感應(yīng)面，實(shí)現(xiàn)對大氣電場強(qiáng)度（單位：V/m）的實(shí)時(shí)測量。當(dāng)雷暴云層帶電結(jié)構(gòu)變化或地表電勢梯度增大時(shí)，電場強(qiáng)度將迅速升高，達(dá)到設(shè)定閾值即觸發(fā)預(yù)警。

2. 雷電流與雷擊計(jì)數(shù)傳感器

除了電場儀外，還需部署雷擊計(jì)數(shù)器與雷電流傳感器用于記錄直接雷擊事件。

測量范圍：0.5～200 kA（波形8/20 μs）

記錄內(nèi)容：雷擊次數(shù)、峰值電流、時(shí)間戳

安裝位置：SPD前端或接地引下線處

執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 18802.1-2020《低壓電涌保護(hù)器》

這些傳感器協(xié)同工作，能實(shí)現(xiàn)對雷電活動(dòng)從“云-地電勢變化”到“實(shí)際雷擊”的全過程捕捉。

智能防雷雷電預(yù)警在線監(jiān)測系統(tǒng) 智能防雷雷電預(yù)警在線監(jiān)測系統(tǒng) 智能防雷雷電預(yù)警在線監(jiān)測系統(tǒng)

四、數(shù)據(jù)采集與處理中心

1. 數(shù)據(jù)采集器配置

數(shù)據(jù)采集終端（Data Logger）負(fù)責(zé)匯總來自各雷電監(jiān)測節(jié)點(diǎn)的信號(hào)，并進(jìn)行初步分析。

主要技術(shù)指標(biāo)如下：

采樣精度：16 bit

采樣頻率：≥1 Hz（電場）/ 100 kHz（雷擊瞬變）

通信接口：RS485 / RJ45 / 4G / NB-IoT

工作電源：DC 12~36V

存儲(chǔ)容量：≥32 GB，支持?jǐn)帱c(diǎn)續(xù)傳

工作溫度：-40℃～+70℃

數(shù)據(jù)采集器采用抗干擾隔離設(shè)計(jì)，保證強(qiáng)電磁干擾環(huán)境下的穩(wěn)定運(yùn)行。

2. 數(shù)據(jù)處理中心功能

數(shù)據(jù)中心可部署在本地機(jī)房或云端平臺(tái)，通過算法實(shí)現(xiàn)以下功能：

電場梯度變化趨勢分析：當(dāng)電場強(qiáng)度連續(xù)升高且超過設(shè)定閾值（如±5 kV/m）時(shí)，自動(dòng)判定雷暴云活動(dòng)。

多點(diǎn)數(shù)據(jù)融合：綜合區(qū)域多個(gè)傳感器數(shù)據(jù)，形成空間分布圖。

智能預(yù)警算法：結(jié)合歷史雷暴數(shù)據(jù)、實(shí)時(shí)氣象參數(shù)（濕度、風(fēng)速、氣壓）進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。

雷電事件回溯分析：支持導(dǎo)出雷擊曲線、雷電流波形、雷擊定位坐標(biāo)。

系統(tǒng)軟件應(yīng)符合國家《氣象信息系統(tǒng)安全管理規(guī)范》（GB/T 34941-2017）與《信息安全等級(jí)保護(hù)2.0》要求。

五、通信與遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)

智能防雷系統(tǒng)的通信模塊承擔(dān)現(xiàn)場與云平臺(tái)之間的數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)。

1. 通信方案

主鏈路：光纖或以太網(wǎng)（Modbus TCP/IP協(xié)議）

備用鏈路：4G/5G無線通信或NB-IoT

通信加密：AES-256加密與SSL認(rèn)證

傳輸延時(shí)：≤1秒

2. 遠(yuǎn)程監(jiān)控功能

系統(tǒng)支持多終端訪問（電腦、平板、手機(jī)APP），實(shí)現(xiàn)：

實(shí)時(shí)查看電場曲線與雷電活動(dòng)地圖；

雷電風(fēng)險(xiǎn)黃/橙/紅三級(jí)預(yù)警推送；

自動(dòng)短信、微信或郵箱告警通知；

歷史數(shù)據(jù)分析與導(dǎo)出報(bào)表。

六、地凱科技智能防雷雷電場在線監(jiān)測行業(yè)應(yīng)用方案

1. 電力系統(tǒng)

在變電站、輸電塔、風(fēng)電場等關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)部署電場儀與雷電流傳感器，可實(shí)現(xiàn)變電站雷擊風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測、避雷裝置性能診斷。

推薦部署密度：每10平方公里1套電場監(jiān)測單元；

通信方式：光纖+4G備份；

接口協(xié)議：DL/T 1596兼容。

2. 通信與數(shù)據(jù)中心

通信機(jī)房、IDC數(shù)據(jù)中心通過智能防雷系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)機(jī)架級(jí)SPD狀態(tài)監(jiān)測與雷電預(yù)警聯(lián)動(dòng)。

電場傳感器安裝于機(jī)房樓頂；

通信方式采用NB-IoT低功耗聯(lián)網(wǎng)；

聯(lián)動(dòng)策略：電場值>8 kV/m時(shí)自動(dòng)切換UPS旁路、關(guān)閉非核心設(shè)備。

3. 石化與危險(xiǎn)化工區(qū)

石化儲(chǔ)罐區(qū)、天然氣站點(diǎn)對雷電預(yù)警要求極高。

防爆型電場傳感器：Ex ia IIC T6級(jí)；

預(yù)警提前時(shí)間≥10分鐘；

供電方式：太陽能+鋰電混合供電；

符合GB/T 3836.1-2021《爆炸性環(huán)境電氣設(shè)備》標(biāo)準(zhǔn)。

4. 交通與機(jī)場領(lǐng)域

機(jī)場塔臺(tái)、導(dǎo)航臺(tái)站、高速鐵路沿線均可部署雷電預(yù)警系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)航班調(diào)度或列車運(yùn)行安全控制。

預(yù)警等級(jí)：黃/橙/紅三級(jí)；

預(yù)警發(fā)布方式：智能廣播+短信推送；

系統(tǒng)響應(yīng)時(shí)間：<3秒。

5. 新能源發(fā)電場站

風(fēng)電場、光伏電站地域分布廣、環(huán)境惡劣，通過雷電在線監(jiān)測系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程預(yù)警+SPD狀態(tài)監(jiān)測一體化管理。

電場儀布點(diǎn)間距：5～10 km；

防護(hù)等級(jí)：IP67；

通信方式：LoRa自組網(wǎng)或4G/衛(wèi)星通信。

地凱科技智能防雷雷電預(yù)警在線監(jiān)測系統(tǒng)通過融合傳感監(jiān)測、智能計(jì)算、通信互聯(lián)、可視化管理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了雷電災(zāi)害防控從“被動(dòng)防護(hù)”到“主動(dòng)預(yù)警”的轉(zhuǎn)變。該系統(tǒng)已在電力、通信、石化、交通、新能源等多個(gè)行業(yè)得到成功應(yīng)用，符合國家標(biāo)準(zhǔn)體系要求，是未來智慧城市與數(shù)字能源基礎(chǔ)設(shè)施防雷體系建設(shè)的重要組成部分。

審核編輯 黃宇