雷電定位系統在雷電災害防御和監測預警中的應用

黃揚東 朱文生 張漫霞

摘要 廣東省地處中國南嶺以南，南海之濱，雷電活動較為頻繁。雷電定位系統作為如今最先進、全自動、大面積、實時監測雷電活動的一種計算機在線系統，在雷電災害防御及監測預警中發揮著舉足輕重的作用。首先概述了廣東省雷電定位系統的構成、原理及現狀，后重點論述了雷電定位系統在雷電災害防御和監測預警中的應用，以期能夠切實做好防雷服務工作，進而保障人民群眾的生命財產安全及社會安定。

關鍵詞 雷電定位系統;雷電災害;監測預警;防御;應用

中圖分類號：S761.5 文獻標識碼：B 文章編號：2095–3305（2021）04–0124–02

廣東省地處中國華南地區，介于東經109°45'～117°20'及北緯20°09'～ 25°31'之間，其東靠福建，南臨香港、澳門特別行政區，西毗鄰廣西，北連江西、湖南。全省總面積17.97萬km2，南部以平原和臺地為主，北部多丘陵。廣東省屬于東亞季風氣候區，年平均氣溫22.3℃，年平均降水量1 777 mm，年平均日照時數1 745.8 h。特殊的地理位置、地形條件與氣候條件導致該地區雷電災害發生頻率居高不下。據統計，廣東省年平均雷暴日在70 d以上，雷暴發生頻率位于全國第2位，每年由雷擊造成的損失高達5 000萬元，嚴重時還會造成人員傷亡[1-2]。由此可見，防雷形勢十分嚴峻。雷擊是導致輸配電線路發生跳閘的首要因素。近年來，南方電網110 kV以上電壓等級輸電線路由于雷擊出現跳閘次數將近2 000次，占到總跳閘次數的60%以上。在此背景下，雷電定位系統作為主要的雷電監測手段應運而生，并逐漸發展成為社會生產及生活提供服務的一種有效工具。近年來，隨著氣象現代化的發展，廣東省先后布設了全面覆蓋的雷電定位系統，用于對雷電活動進行自動化、全方位、數值化的持續監測，使雷電監測預警水平及其防御能力有了顯著提升。著重探討雷電定位系統在雷電災害防御和監測預警中的應用，對于快速查找雷擊事故點、做好雷電監測預警、明確雷電活動規律，進而保障民眾生命財產安全等具有重要意義。

1 雷電定位系統概述

1.1 雷電定位系統的構成及原理

雷電定位系統是一種全自動、大面積、實時性的計算機監測系統，該系統采用CPS（全球衛星定位系統）、GIS（地理信息系統）與RS（遙測系統）等現代化信息技術，自動對雷擊發生的時間、地點、極性、回擊次數、雷電流幅值等雷電特征參數進行實時遙測[3-4]。雷電定位系統作為當前最為有效的雷電監測手段，在查詢雷擊線路故障點、統計雷電參數、雷電監測預警、分析雷害事故等眾多方面均得到廣泛應用。

1.1.1 系統結構 通常情況下，雷電定位系統由中心站、探測站、用戶系統及通信系統等幾部分組成，其中通信系統是其中不可或缺的重要組成部分，其系統結構見圖1[5]。

其中，中心站在該系統的運行過程中也發揮著重要作用，并擔負著處理前置數據、控制系統與聯網、分析與計算數據定位、存儲與管理雷電數據、活動報警等多項重任。

探測站為雷電定位系統的核心元件，主要用于針對云對地雷電的電磁輻射信號進行探測，并對雷電波到達的方位、時間、強度、波形及極性等參數進行測定，而且還可以用于記錄存儲及遠程調用，將上述參數數據傳送至中心站定位計算服務器，并借助高穩晶振與GPS天線等為該系統的測量與計算提供有效的時基。

用戶系統將地理信息、電網等與雷電信息融合為一體化的計算機軟件系統，該系統也是雷電定位系統的重要組成部分。

1.1.2 雷電定位系統的原理 當出現雷電天氣現象時，雷電定位系統將會使用時差法探測器探測與定位雷電，之后將雷擊數據實時傳送至中央處理機，經過中央處理機的交匯與處理，準確給出每個雷電回擊的強度、位置等參數，之后再將上述參數傳輸至雷電信息系統，并在該系統當中生成數據庫。依據探測獲取的數據，并將雷電信息系統與全球定位系統相結合，將雷擊的位置、強度等參數在地圖圖層上準確標注出來。之后還要將數據庫對外開放，為用戶訪問與使用提供便利。

1.2 廣東省雷電定位系統現狀

當前，我國現有500個探測站均安裝有雷電定位系統，為雷電監測網的安全和正常運行提供了有效的數據支撐。我國大陸電網陸續建成了主要電網區域全覆蓋的雷電定位系統，在2006年各系統實現了聯網，2010年南方電網有限責任公司雷電定位系統實現了聯網，促使中國發展成為雷電監測大國。南方電網有限責任公司的雷電定位系統在有效監測雷電中發揮著不容忽視的重要作用[6]。截止2020年，南方電網有限責任公司雷電定位系統建設情況如表1所示。

經過多年的改進，我國雷電定位系統的整體探測效率有了顯著提升，平均定位精度位于700～1 000 m之間，雷電流峰值統計結果位于10～35 kV之間的相對誤差在20%以內。就廣東省而言，對該地區近5年（2016—2020年）220 kV及其以上線路的故障檢測率進行統計見表2。

由表2可見，近5年來廣東省雷電定位系統的定位精度平均為859 m，平均故障檢測率為89.9%。廣東電網雷電定位系統經過多年的發展，在判斷雷擊故障、快速查找雷擊故障點等方面的作用突出。但是，近年來，信息技術的飛速發展推動雷電監測技術也實現了迅猛發展，與此同時，人們對電網安全性與穩定性的要求也愈加嚴苛，同時針對雷電定位系統的定位精度及其探測效率也提出了更高標準的要求，因此，積極研發新型的、精確度更高的雷電定位系統刻不容緩[7]。

3 雷電定位系統在雷電災害防御和監測預警中的應用

當前，雷電定位系統在雷電災害監測、預警、預報、防護及雷電研究等多個領域均得到廣泛應用。該系統不僅能夠及時發現雷電的生成與發展，而且能對雷電現象進行實時跟蹤與定位，使相關部門及民眾不僅能夠明確雷電產生的時間、方位，還能準確掌握雷電的運動軌跡，使氣象部門能夠提前做好雷電防御準備工作，以盡可能“躲”開雷害，進而最大限度地減少雷電災害造成的影響及損失[8-9]。雷電定位系統在雷電災害防御及監測預警中的應用主要表現在以下幾個方面：

（1）現如今，雷電定位系統已經廣泛應用于氣象監測領域，并在有效防御雷電災害中發揮著不可替代的重要作用。通過雷電定位系統，能夠在監測過程中實時預警雷電災害，使相關部門及時做好雷電災害的防御準備工作。例如，氣象部門以雷電定位系統實時監測的狀況為依據，及時發出雷電預警信息，尤其要重視易燃易爆等雷電高發區的預警工作，在雷電發生之前強制易燃易爆場所停止作業，以保障該場所及人員的安全。

（2）通過雷電定位系統能夠實時遙測雷電現象，并將雷電活動的范圍及相關監測數據上報給相關部門。而且雷電定位系統還能夠詳細記錄雷電的強度、波形、密度等參數。以雷電發生強度、頻率等為依據合理設計與建設防雷工程，并以該地區雷電監測數據為依據選擇在雷電發生頻率低及強度低的地區建設防雷工程。

4 結語

近年來，隨著科學技術的飛速發展，雷電定位系統仍需不斷完善、創新與發展，只有這樣才能更精確、有效地監測雷電活動，更好地防御雷電災害，進而最大限度地減少雷電災害引發的人員傷亡及財產損失，并保障人民群眾的生命財產安全。

參考文獻

[1] 陳曉國，李志峰.廣東省雷電定位系統應用情況分析[J].廣東電力，2006（7）：25-27，54.

[2] 劉三梅，呂海勇，陳紹東，等.廣東省雷電風險區劃研究[J].資源科學，2014，36 （11）：2337-2344.

[3] 廖磊.雷電定位系統在輸電線路防雷中的應用[J].科技視界，2016（16）：287.

[4] 王俊城.雷電定位系統在輸電線路防雷中的應用[J].電力系統裝備，2020（10）： 71-72.

[5] 陸金鳳，龐煥華，姜殿榮.淺析廣西雷電定位系統及其應用[J].農業災害研究， 2019，9（4）：42-44.

[6] 劉宇，王斯斯.廣州電網新一代雷電定位系統的建設與應用[J].廣東電力， 2017，30（12）：136-141.

[7] 周立平，楊博濤.新一代雷電定位系統的建設與應用[J].電工技術，2016（3）：5-7.

[8] 段弢，劉學良.雷電定位系統在雷電災害防御和監測預警中的應用探討[J].科技風，2019（32）：15.

[9] 王道朋.雷電定位系統在雷電災害防御和監測預警中的應用[J].中國新通信， 2019，21（14）：126.

責任編輯：黃艷飛