雷电定位系统在雷电灾害防御和监测预警中的应用

黄扬东 朱文生 张漫霞

摘要 广东省地处中国南岭以南，南海之滨，雷电活动较为频繁。雷电定位系统作为如今最先进、全自动、大面积、实时监测雷电活动的一种计算机在线系统，在雷电灾害防御及监测预警中发挥着举足轻重的作用。首先概述了广东省雷电定位系统的构成、原理及现状，后重点论述了雷电定位系统在雷电灾害防御和监测预警中的应用，以期能够切实做好防雷服务工作，进而保障人民群众的生命财产安全及社会安定。

关键词 雷电定位系统;雷电灾害;监测预警;防御;应用

中图分类号：S761.5 文献标识码：B 文章编号：2095–3305（2021）04–0124–02

广东省地处中国华南地区，介于东经109°45'～117°20'及北纬20°09'～ 25°31'之间，其东靠福建，南临香港、澳门特别行政区，西毗邻广西，北连江西、湖南。全省总面积17.97万km2，南部以平原和台地为主，北部多丘陵。广东省属于东亚季风气候区，年平均气温22.3℃，年平均降水量1 777 mm，年平均日照时数1 745.8 h。特殊的地理位置、地形条件与气候条件导致该地区雷电灾害发生频率居高不下。据统计，广东省年平均雷暴日在70 d以上，雷暴发生频率位于全国第2位，每年由雷击造成的损失高达5 000万元，严重时还会造成人员伤亡[1-2]。由此可见，防雷形势十分严峻。雷击是导致输配电线路发生跳闸的首要因素。近年来，南方电网110 kV以上电压等级输电线路由于雷击出现跳闸次数将近2 000次，占到总跳闸次數的60%以上。在此背景下，雷电定位系统作为主要的雷电监测手段应运而生，并逐渐发展成为社会生产及生活提供服务的一种有效工具。近年来，随着气象现代化的发展，广东省先后布设了全面覆盖的雷电定位系统，用于对雷电活动进行自动化、全方位、数值化的持续监测，使雷电监测预警水平及其防御能力有了显著提升。着重探讨雷电定位系统在雷电灾害防御和监测预警中的应用，对于快速查找雷击事故点、做好雷电监测预警、明确雷电活动规律，进而保障民众生命财产安全等具有重要意义。

1 雷电定位系统概述

1.1 雷电定位系统的构成及原理

雷电定位系统是一种全自动、大面积、实时性的计算机监测系统，该系统采用CPS（全球卫星定位系统）、GIS（地理信息系统）与RS（遥测系统）等现代化信息技术，自动对雷击发生的时间、地点、极性、回击次数、雷电流幅值等雷电特征参数进行实时遥测[3-4]。雷电定位系统作为当前最为有效的雷电监测手段，在查询雷击线路故障点、统计雷电参数、雷电监测预警、分析雷害事故等众多方面均得到广泛应用。

1.1.1 系统结构 通常情况下，雷电定位系统由中心站、探测站、用户系统及通信系统等几部分组成，其中通信系统是其中不可或缺的重要组成部分，其系统结构见图1[5]。

其中，中心站在该系统的运行过程中也发挥着重要作用，并担负着处理前置数据、控制系统与联网、分析与计算数据定位、存储与管理雷电数据、活动报警等多项重任。

探测站为雷电定位系统的核心元件，主要用于针对云对地雷电的电磁辐射信号进行探测，并对雷电波到达的方位、时间、强度、波形及极性等参数进行测定，而且还可以用于记录存储及远程调用，将上述参数数据传送至中心站定位计算服务器，并借助高稳晶振与GPS天线等为该系统的测量与计算提供有效的时基。

用户系统将地理信息、电网等与雷电信息融合为一体化的计算机软件系统，该系统也是雷电定位系统的重要组成部分。

1.1.2 雷电定位系统的原理 当出现雷电天气现象时，雷电定位系统将会使用时差法探测器探测与定位雷电，之后将雷击数据实时传送至中央处理机，经过中央处理机的交汇与处理，准确给出每个雷电回击的强度、位置等参数，之后再将上述参数传输至雷电信息系统，并在该系统当中生成数据库。依据探测获取的数据，并将雷电信息系统与全球定位系统相结合，将雷击的位置、强度等参数在地图图层上准确标注出来。之后还要将数据库对外开放，为用户访问与使用提供便利。

1.2 广东省雷电定位系统现状

当前，我国现有500个探测站均安装有雷电定位系统，为雷电监测网的安全和正常运行提供了有效的数据支撑。我国大陆电网陆续建成了主要电网区域全覆盖的雷电定位系统，在2006年各系统实现了联网，2010年南方电网有限责任公司雷电定位系统实现了联网，促使中国发展成为雷电监测大国。南方电网有限责任公司的雷电定位系统在有效监测雷电中发挥着不容忽视的重要作用[6]。截止2020年，南方电网有限责任公司雷电定位系统建设情况如表1所示。

经过多年的改进，我国雷电定位系统的整体探测效率有了显著提升，平均定位精度位于700～1 000 m之间，雷电流峰值统计结果位于10～35 kV之间的相对误差在20%以内。就广东省而言，对该地区近5年（2016—2020年）220 kV及其以上线路的故障检测率进行统计见表2。

由表2可见，近5年来广东省雷电定位系统的定位精度平均为859 m，平均故障检测率为89.9%。广东电网雷电定位系统经过多年的发展，在判断雷击故障、快速查找雷击故障点等方面的作用突出。但是，近年来，信息技术的飞速发展推动雷电监测技术也实现了迅猛发展，与此同时，人们对电网安全性与稳定性的要求也愈加严苛，同时针对雷电定位系统的定位精度及其探测效率也提出了更高标准的要求，因此，积极研发新型的、精确度更高的雷电定位系统刻不容缓[7]。

3 雷电定位系统在雷电灾害防御和监测预警中的应用

当前，雷电定位系统在雷电灾害监测、预警、预报、防护及雷电研究等多个领域均得到广泛应用。该系统不仅能够及时发现雷电的生成与发展，而且能对雷电现象进行实时跟踪与定位，使相关部门及民众不仅能够明确雷电产生的时间、方位，还能准确掌握雷电的运动轨迹，使气象部门能够提前做好雷电防御准备工作，以尽可能“躲”开雷害，进而最大限度地减少雷电灾害造成的影响及损失[8-9]。雷电定位系统在雷电灾害防御及监测预警中的应用主要表现在以下几个方面：

（1）现如今，雷电定位系统已经广泛应用于气象监测领域，并在有效防御雷电灾害中发挥着不可替代的重要作用。通过雷电定位系统，能够在监测过程中实时预警雷电灾害，使相关部门及时做好雷电灾害的防御准备工作。例如，气象部门以雷电定位系统实时监测的状况为依据，及时发出雷电预警信息，尤其要重视易燃易爆等雷电高发区的预警工作，在雷电发生之前强制易燃易爆场所停止作业，以保障该场所及人员的安全。

（2）通过雷电定位系统能够实时遥测雷电现象，并将雷电活动的范围及相关监测数据上报给相关部门。而且雷电定位系统还能够详细记录雷电的强度、波形、密度等参数。以雷电发生强度、频率等为依据合理设计与建设防雷工程，并以该地区雷电监测数据为依据选择在雷电发生频率低及强度低的地区建设防雷工程。

4 结语

近年来，随着科学技术的飞速发展，雷电定位系统仍需不断完善、创新与发展，只有这样才能更精确、有效地监测雷电活动，更好地防御雷电灾害，进而最大限度地减少雷电灾害引发的人员伤亡及财产损失，并保障人民群众的生命财产安全。

参考文献

[1] 陈晓国，李志峰.广东省雷电定位系统应用情况分析[J].广东电力，2006（7）：25-27，54.

[2] 刘三梅，吕海勇，陈绍东，等.广东省雷电风险区划研究[J].资源科学，2014，36 （11）：2337-2344.

[3] 廖磊.雷电定位系统在输电线路防雷中的应用[J].科技视界，2016（16）：287.

[4] 王俊城.雷電定位系统在输电线路防雷中的应用[J].电力系统装备，2020（10）： 71-72.

[5] 陆金凤，庞焕华，姜殿荣.浅析广西雷电定位系统及其应用[J].农业灾害研究， 2019，9（4）：42-44.

[6] 刘宇，王斯斯.广州电网新一代雷电定位系统的建设与应用[J].广东电力， 2017，30（12）：136-141.

[7] 周立平，杨博涛.新一代雷电定位系统的建设与应用[J].电工技术，2016（3）：5-7.

[8] 段弢，刘学良.雷电定位系统在雷电灾害防御和监测预警中的应用探讨[J].科技风，2019（32）：15.

[9] 王道朋.雷电定位系统在雷电灾害防御和监测预警中的应用[J].中国新通信， 2019，21（14）：126.

责任编辑：黄艳飞