刘世宇

摘要：本文分析了由雷暴探测预警预报、接闪器自启动引雷、供电线路双回路智能切换、防雷装置智能在线监测技术组成的智能防雷体系，将云计算、移动互联网和物联网技术引入到雷电综合防护措施中，实现智能防雷。

关键词：雷暴探测；防雷装置在线监测；智能防雷

中图分类号：TP273 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2017）11-0067-02

1 研究背景

雷电是自然大气中的超长距离强放电过程，因其强大的电流、炙热的高温、猛烈的冲击波以及强烈的电磁辐射等效应而能在瞬间产生强大的破坏作用。其是“联合国减灾十年”公布的影响人类活动的严重灾害之一，也被称为“电子时代的一大公害”。随着经济发展和“互联网+”、物联网的快速发展，雷电灾害的监测、预警和防御越来越受到重视。

2 研究内容

智能防雷体系关键技术的研究，主要是将云计算、移动互联网和物联网技术引入到雷电综合防护措施中，并通过软件系统及硬件系统的集成，开展特定区域雷电预警预报、智能化“主动化”防雷以及防雷措施在线智能化监测，将防雷减灾上升到“主动预防”范畴，实现智能防雷[1]。

2.1 雷暴探测预警预报技术

我们知道，雷电是由雷雨云中的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或云与地面之间就形成了很强的电场，当电荷积聚到一定程度时，就会在云与云之间或云与地之间发生放电现象，即雷电的发生来源于雷云内部的电荷累积。由于雷击现象源于雷云内部的大量电荷累积，因此大气电场场强变化代表了雷云电荷累积程度。雷暴云带电并聚集，对地产生强电场，金属在电场力的作用下产生感应电荷，根据静电屏蔽原理，电机带动金属转子周而复始以固定转速（频率）屏蔽/非屏蔽金属定子，金属定子被金属转子屏蔽瞬间产生微电流I，测量微电流I，推算电场强度E。大气电场强度监测原理图如图1所示。

在雷雨云来临时，大气电场强度会发生变化，通过监测雷雨云中强电荷的极性、强度、分布及其发展演变，对雷电灾害发生时间、方位、强度、移向等进行提前预测是可行的。在气象领域，对于雷暴的监测手段，分为间接监测和直接监测两种，间接监测的方法包括了多普勒雷达、气象卫星云图等；而直接监测手段则主要是大气电场仪、雷电定位系统等。在上述系统中，大气电场仪是唯一针对雷电发生的最根本因素-雷云电荷量（或称为大气电场场强）进行监测的系统；能够通过对电场强度、电荷极性变化的探测和分析，实时地监测本地雷云变化，并对可能造成雷击危险的大气电场变化加以识别和预警。

本文研究的雷暴探测预警预报技术由雷电预警预报产品生成、人机交互决策以及雷电预警预报产品发布三大部分组成。（1）雷电预警预报产品生成。根据雷电预警预报方法，使用计算机、数据库、图形处理等技术编制应用软件，自动滚动生成多种雷电预警预报产品。（2）人机交互决策。上述产品运用计算机网络技术自动上网，供系统使用。预报员根据本地地形等特征，对预报产品进行订正，作出雷电预报结果，并根据雷电预报等级，发布雷电警报。（3）雷电预警预报产品发布。雷电预警预报产品除了通过WEB服务发布外，还可以通过短信专用平台发布。WEB服务主要服务于技术管理人员，向专业用户提供服务。短信专用平台主要面向广大的企事业领导层、管理层，特别是及时向广大群众发布雷电预警信号。

2.2 接闪器自启动引雷技术

接闪器自启动引雷技术的核心是升降式接闪器（避雷针）设计。自动升降接闪器主要由接闪器、自动升降装置、接地装置等组成。主要工作原理是：当雷电预警系统报警，在该区域有可能发生雷电活动时，自动升降避雷针装置开始工作，避雷针自动升高到原来的设计高度，对保护范围内的被保护对象起到保护作用，当雷雨云消失或电场减弱到一定范围，雷电预警系統取消报警，升高的避雷针降到原位。自动升降接闪器时无须专人配合，全部由机电一体化控制接闪器的升降、限位、锁紧、密封。

2.3 供电线路双回路智能切换技术

供电线路双回路智能切换技术采用的是电气搭建的电源切换系统，实现提前切换电源，断开市电，防止遭受雷击，保护数据，保证设备安全；雷击前关闭可以暂时关闭的设备，避免经济损失；自动切换电源、远程手动切换电源、就地切换电源。当雷云逐渐形成的时候，本系统将自动切断市电，这时候UPS将供电，当雷云逐渐消散的时候，本系统又自动将开关合闸，恢复市电，这样就成功的完成了一次雷暴的躲避。本系统还支持远程的分合闸操作，工作人员可以根据实际情况的需要来选择开关状态，从软件上操作分合闸时，大气电场仪的自动切换报警功能将自动屏蔽。

2.4 防雷装置智能在线监测技术

防雷装置智能在线监测技术通过物联网与云存储技术的结合，提供防雷与其他环境在线监测。防雷装置智能在线监测技术主要监测接地电阻、雷电流、SPD等。该技术能够采集到接地电阻阻值、雷击能量、强度、雷击次数、雷击的极性、雷击时间、SPD漏流、空气开关状态等数据[2]。

2.4.1 接地电阻在线监测

接地电阻在线监测的基本原理是测量回路电阻。接地电阻在线监测原理图如图2所示。

传感器由电压线圈与电流线圈组成，电压线圈先给被测接地回路一个激励脉冲信号，在被测回路上感应一个脉冲电势E，在电势E的作用下将在被测回路产生电流I。传感器分别对E及I进行测量，并通过公式：R=E/I 即可得到被测回路电阻。其可以在线监测接地引下线的连接状况、回路接地电阻、金属回路连接电阻，可实现在线测试、非接触测量、实时监测的功能。配有LCD液晶显示屏的型号产品可在现场直接查看接地电阻监测值，并通过按键设置接地电阻监测报警的上限值，监测值超标时采用声光两种方式报警。

2.4.2 SPD在线监测

SPD在线监测的主要是浪涌保护器（SPD）劣化程度、浪涌保护器（SPD）遥信、浪涌保护器（SPD）动作次数、空气开关状态、三相电压、环境温湿度。SPD在线监测现场安装图如图3所示。endprint

（1）SPD漏流監测：采用μA级漏流传感器。这是一种利用零磁通电磁感应原理将被测交流漏电流（小电流）转换成按比例输出的电压或电流信号的测量模块，具有高精确度、高线性度、高集成度、体积小结构简单、长期工作稳定且适应各种工作环境的特点。（2）SPD遥信监测：SPD脱扣装置脱扣时会带动遥信告警开关动作，SPD智能分析仪内的单片机检测到遥信告警开关量状态变化后会报警提示SPD失效。（3）浪涌保护器（SPD）动作次数监测：配有雷击次数传感器（电流互感器），当SPD动作时，分析仪内的单片机检测到雷击次数传感器感应到的电流值，经过判断后确定是否计数一次。（4）空气开关状态监测：通过单片机检测空开端的输出电压值（模拟量）来判断空开是否跳闸。（5）三相电压监测：这部分功能的实现主要是通过电流型电压互感器、三相电能专用计量芯片ATT7022及单片机实现。

2.4.3 雷电流在线监测

雷电流在线监测是基于罗氏线圈传感器技术精确还原雷击峰值、极性、能量，可以在线监测1路雷电流的峰值、极性、能量及雷击发生时间、次数数据，并在雷击发生后及时报警。雷电流监测是采用柔性罗氏线圈检测雷电流数据，通过测量电流的互感器，输出信号是电流对时间的微分，这个微分信号通过一个积分器，就可以真实再现被测电流。

2.4.4 防雷装置智能在线监测系统集成

防雷装置智能在线监测技术可以实现多通道的、远程的、高精度的雷电防护在线监测，获得接地电阻、雷电流波形的真实情况，同时反馈生产场所的电压、电流、湿度等情况，超过正常值立即报警，提升安全管理水平。

3 结语

由雷暴探测预警预报、接闪器自启动引雷、供电线路双回路智能切换、防雷装置智能在线监测技术组成的智能防雷体系关键技术，代表着当今防雷行业最领先的防雷理念与技术水平，可以广泛用于通信、电力、石油、化工等行业的雷电防护项目中，市场前景广阔。

参考文献

[1]王海光，李军.雷电预警技术在通信站防雷的应用实践[J].电力系统通信，2012，（2）：38-41.

[2]石敏，张高记，吕建东.基于信息化的通信机房雷电防护管理模式[J].西安邮电大学学报，2013，（4）：18-20.

Abstract：This paper analyzes the detection by the thunderstorm warning， lightning arrester lightning since the start of the power supply line， double loop intelligent switch， lightning protection device of intelligent on-line monitoring technology of intelligent lightning protection system， cloud computing， mobile Internet and networking technology into integrated lightning protection measures， implementation of intelligent lightning protection.

Key Words：thunderstorm detection； lightning protection device on-line monitoring； intelligent lightning protectionendprint