廣西雷電監(jiān)測站網(wǎng)設備維護存在問題及應對措施

李鵬飛 林于翔 郭媛 何寬

摘?要：廣西雷電監(jiān)測站網(wǎng)自2016年8月投入運行以來，為廣西雷電業(yè)務服務及災害防御工作發(fā)揮增效收益作用的同時，對站網(wǎng)維護及運行保障工作的需求也突顯出愈發(fā)高的要求，基于近3年來的站網(wǎng)維保工作經(jīng)驗，提出進一步做好廣西雷電監(jiān)測站網(wǎng)設備維護工作的建議。

關鍵詞：雷電監(jiān)測;設備;維護保障

自雷電監(jiān)測網(wǎng)站建成以來，到目前為止，大部分設備的運行良好，期間也不斷對其進行完善與維護，有統(tǒng)計以來，自2017至今，已對全區(qū)近200多套（次）設備進行了不同程度的維護與修復，導致設備無法正常運行的原因有很多，諸如雷擊、蟻蟲侵蝕、產(chǎn)品缺陷、及周遭環(huán)境影響，都有可能導致設備“罷工”。綜合氣象觀測業(yè)務體系保障能力建設是服務社會各個行業(yè)的現(xiàn)實需要，其在人們生產(chǎn)生活中發(fā)揮著十分重要的作用。雷電綜合觀測作為氣象觀測相對還較為缺失的部分，應該并行業(yè)務加快發(fā)展，進一步滿足人們雷電防御的防災減災救災需求。

一、雷電對監(jiān)測站網(wǎng)設備的影響及措施

由于廣西較為特殊的雷電氣候環(huán)境，廣西大氣電場監(jiān)測網(wǎng)設備投入運行以來，導致部分設備出現(xiàn)不同程度的“水土不服”，部分臺站的大氣電場儀設備遭受到雷擊，造成設備損壞，無法正常工作。為了保障雷電監(jiān)測預警網(wǎng)正常運行，在不影響觀測場及其周邊環(huán)境的基礎上，對85個使用市電電源的大氣電場儀監(jiān)測站點進行防雷改造[1]，主要內(nèi)容為：將大氣電場儀的防雷措施改為獨立接地、在探頭安裝電源浪涌保護器（SPD）和信號浪涌保護器（SPD）：

（一）獨立接地

1、改造前。改造前是用扁鋼與觀測場或自動站地網(wǎng)連接，敷設到大氣電場儀基座，再用10 mm2多股銅芯線（接地線）從基座電纜保護管中引出，長度為300 mm。基座電纜保護管平基座表面（見圖1）。

2、改造后。改造后將原來大氣電場儀設備接地線與觀測場地網(wǎng)的焊接口斷開，即與觀測場地網(wǎng)系統(tǒng)分離。在大氣電場儀設備基座旁安裝獨立接地極。獨立接地極采用直徑16 mm的圓鋼，長1 500 mm，在基座旁挖一個直徑150 mm、深300 ～ 400 mm的坑，將圓鋼打入坑中，地極低于地面，再用10 mm2多股銅芯線從地下引到基座并固定在基座上，供設備接地（詳見圖2）。施工完畢，回填泥土，恢復草皮，不裸露，不影響觀測場美觀。

改造完成后，大氣電場儀地極與觀測場地網(wǎng)分開，互不影響[2]。

（二）探頭加裝電源SPD和信號SPD

在大氣電場儀的電源、信號線路上加裝相應的SPD模塊，SPD模塊安裝于金屬箱內(nèi)，該金屬箱固定于大氣電場儀探頭金屬桿下方（詳見圖3-圖4）。

（三）改造效果

在實施了防雷改造措施后，從日后的維護效果來看，收效甚微，反而增加的運行的難度及成本，容易造成信號傳輸中斷，譬如增加的信號SPD，極易出現(xiàn)故障，如出現(xiàn)故障，探頭信號就無法傳輸，整套設備就無法正常運轉(zhuǎn)。本意作為探頭端的浪涌保護，在真正遭受雷擊后，也沒能發(fā)揮應有的作用，在眾多雷電監(jiān)測站點雷擊案例中，僅僅發(fā)現(xiàn)富川站的防雷改造能起到一定的防護作用。而探頭下端增設的金屬盒子，極易成為蟻蟲筑巢的對象，維護的難度和成本也會因此大大增加。因此，從長遠來看，此整改措施并非是最佳解決方案。

二、不同傳輸方式下監(jiān)測設備的保障運行

根據(jù)諸多有線傳輸設備的維護經(jīng)歷，我總結(jié)了如下幾點，① 設備的正常運轉(zhuǎn)應該遵從如下環(huán)節(jié)：1）電源：220V交流電→電源適配器→24V直流電;2）信號：信號SPD→通訊模塊探頭，這其中某個環(huán)節(jié)出了問題都可以讓設備無法正常運行，而在探頭端又增加一套SPD，也就多了一分不確定性，進而導致設備運行的穩(wěn)定性不高;② 運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)相對復雜，可以對設備運轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)做些整合，以期提升設備運行時效和質(zhì)量。

相對于市電電源的有線傳輸設備，太陽能供電的無線傳輸設備穩(wěn)定性則要高一些，除開因為部分零部件的老化需要更換，其他問題倒是少了許多。但是，因為太陽能供電設備的特殊性，它的運行就很容易受天氣的影響，廣西每年的三、四月份大部分時間都處于陰雨的狀態(tài)，這個時候很多太陽能設備因為光能不足，進而導致無法正常運行[3]。再者，由于信號是無線傳輸?shù)模鶕?jù)信號傳輸原理，雷雨天云層的分布以及一些極端天氣影響會不會導致信號傳輸滯后，是否達到預警的目的，這有待進一步探討[4-5]。

三、雷電監(jiān)測站網(wǎng)維護的經(jīng)驗和建議

（一）雷電監(jiān)測站網(wǎng)維護的經(jīng)驗

1、在探頭中嘗試集成SPD裝置。直接在探頭端做好避雷設施，這樣也可以降低不少信號傳輸環(huán)節(jié)，增強傳輸效率，使設備簡單化，才更能有效的降低維護成本，以期提高設備的穩(wěn)定性;

2、采用防蟲材料或提高設備的密閉性?？梢钥紤]在生產(chǎn)部分零部件的同時加入防蟻蟲材料或提高設備的密閉性，這樣放在野外的設備得以不受蟻蟲侵蝕，減少不必要的損失;

3、提高設備的穩(wěn)定性。設備的安裝-運行-維護，在各環(huán)節(jié)里，數(shù)據(jù)傳輸通訊模塊長時間運行容易出現(xiàn)死機，或者傳輸不暢等問題，太陽能供電設備出現(xiàn)類似問題極多，可能是因為在戶外的緣故，長期遭受風吹日曬雨淋，再加上廣西的濕熱大環(huán)境，更顯得設備“水土不服”了，因此，通訊模塊的品控就尤為關鍵了，不僅要做好散熱，防潮，更要做好高溫狀態(tài)下還能長期、穩(wěn)定的運行，期望能在新一代的通訊模塊能夠有效的解決這些問題[6];

4、增加設備配備件及周轉(zhuǎn)件儲備。自2015年建網(wǎng)以來，隨著時間的推移，不少設備因為老化也陸續(xù)進入更換周期。根據(jù)不完全統(tǒng)計，2018年3月至今，更換雷電監(jiān)測設備零部件如下表（表1、表2）所示。

極端天氣的影響，設備的損壞率還會有所增長。因此，在站網(wǎng)維護的工作環(huán)節(jié)中，備配件的儲備尤為關鍵，備件的不足將會影響全區(qū)整個雷電監(jiān)測網(wǎng)站的正常運行。

5、充分發(fā)揮雷電防御的效能。在經(jīng)歷幾次站網(wǎng)維護保障整改，依然很難做到有效的避雷。因此，在處理幾次雷擊事故中，往往都慘不忍睹，但經(jīng)歷多了，也能發(fā)現(xiàn)一些能夠免遭雷擊的設備，在梧州觀測場里的大氣電場儀，在去年的一次雷擊中得以幸免，其他如三維閃電定位儀，等其他一些氣象設備都遭受到不同程度的損壞，因此，在現(xiàn)場的勘察中發(fā)現(xiàn)其構(gòu)造有別于其它設備，在此之前該設備經(jīng)歷了幾次整改，如配電箱外置、改為光纖傳輸、增設SPD，等等。但因為通訊模塊無法兼容光纖而改成了無線傳輸，使得線路就變成了僅僅只對設備供電，這一下就從先前的回路變成單向傳輸。綜合上述分析，會不會因為如此，設備才會得以幸免感應雷的侵入呢？就像太陽能供電設備，因為遭受雷擊而維護的頻次就很少。正如化繁為簡了，性能也就會隨著越發(fā)穩(wěn)定。

（二）雷電監(jiān)測站網(wǎng)維護的建議

1、加大雷電監(jiān)測站網(wǎng)維保資金投入。為了確保雷電監(jiān)測設備使用的安全性和穩(wěn)定性水平，以期更好的實現(xiàn)雷電綜合觀測業(yè)務體系保障能力建設，應加大雷電監(jiān)測站網(wǎng)維保資金投入力度，確保有充足的資金投入雷電監(jiān)測站網(wǎng)設備周轉(zhuǎn)及管護工作。定期做好氣象觀測站儀器設備的保養(yǎng)和維護，使其可以正常穩(wěn)定的運行。一旦發(fā)現(xiàn)觀測儀器設備出現(xiàn)故障問題應及時進行更換，避免影響雷電業(yè)務的正常進行。

2、加強雷電監(jiān)測站網(wǎng)維保人才隊伍建設。氣象局及各級防雷機構(gòu)應不斷增強防雷業(yè)務人員綜合素質(zhì)。注重做好新技術、新方法和新裝備等方面的業(yè)務培訓工作，爭取落實雷電業(yè)務人員和綜合觀測業(yè)務人員的輪訓工作[7]。

積極開展青年人才和骨干人才培育，定期組織雷電業(yè)務人員進行技術交流等活動，確保相關人員對雷電綜合觀測業(yè)務全面掌握，不斷增強業(yè)務人員適應現(xiàn)代化觀測業(yè)務發(fā)展能力，以提升整體素質(zhì)。

3、加強雷電綜合觀測業(yè)務管理。觀測業(yè)務管理中涵蓋了多方面的內(nèi)容，其中最重要的就是對相關工作人員的管理和業(yè)務工作流程的規(guī)范[8]。對于綜合業(yè)務管理人員來說，應加強同上級領導之間的溝通交流，以方便業(yè)及時了解觀測工作的開展情況和存在的問題，并根據(jù)實際情況制定出科學有效的管理規(guī)范，降低綜合氣象觀測業(yè)務運行問題。

四、結(jié)語

觀測儀器設備能否正常運行直接影響觀測工作的順利進行和數(shù)據(jù)可用率，只有避免觀測儀器設備出現(xiàn)故障問題，才能達到提升綜合觀測業(yè)務質(zhì)量的目的，同時才能為防雷服務工作提供有代表性、正確性的雷電資料信息。

在開展雷電綜合觀測業(yè)務中，除了做好日常巡視工作外，還要做好觀測儀器設備的日常維護;做好質(zhì)量監(jiān)控，可通過業(yè)務軟件系統(tǒng)第一時間發(fā)現(xiàn)故障問題和異常數(shù)據(jù)，并采取科學有效的對策進行處理，實現(xiàn)綜合觀測業(yè)務一體化，不斷增強綜合雷電觀測質(zhì)量。

參考文獻：

[1]楊家鋒，李崇福，妙娟利.ADTD雷擊探測儀的故障診斷及排除指南[J].陜西氣象，2007，（1）：48.

[2]馮鶴，李小龍.山地旅游景區(qū)雷電災害風險評估研究[J].防災科技學院學報， 2013，15（4）：75-80.

[3]段振中，朱傳林，劉國臻.武當山景區(qū)雷電環(huán)境及古建筑防雷[J].山地學報， 2013，31（1）：77-82.

[4]劉欣生，郄秀書.雷電物理與人工引發(fā)雷電研究進展[J].中國科學基金，1999（1）：22-25.

[5]呂偉濤，張義軍，孟青，等.雷電臨近預警方法和系統(tǒng)研發(fā)[J].氣象，2009，35（5）：10-17.

[6]孟青，呂偉濤，姚雯，等.地面電場資料在雷電預警技術中的應用[J].氣象，2005，31（9）：30-33.

[7]張鵬，林卓宏，陳巧淑，等.自動氣象站觀測場防雷接地制式的技術分析[J].氣象研究與應用，2012， 33（4）：67-69.

[8]施海民，莊富娟.綜合氣象觀測業(yè)務質(zhì)量提升對策[J].南方農(nóng)機 ，2017，48（23）：116-117.

基金項目：2019年度廣西氣象軟科學研究項目（雷電監(jiān)測站網(wǎng)現(xiàn)代化建設實施及保障體系研究）（編號[2019]第M04號）

作者簡介：李鵬飛（1985-），男，學士，助理工程師，主要從事防雷工程，雷電防御、設備維護等方面工作。