摘 要
針對(duì)目前新疆鐵路沿線(xiàn)開(kāi)展雷電防護(hù)措施中存在的問(wèn)題，結(jié)合雷電對(duì)鐵路信號(hào)設(shè)備和接觸網(wǎng)的危害，對(duì)有問(wèn)題的線(xiàn)路區(qū)域提出切實(shí)可行的改造方案；同時(shí)切實(shí)做好防雷工程質(zhì)量的監(jiān)督和管理工作。
01
雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)的必要性
雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是采用定向雷電定位技術(shù)和時(shí)差雷電定位技術(shù)結(jié)合對(duì)鐵路沿線(xiàn)落雷情況進(jìn)行監(jiān)視、定位，能大范圍的實(shí)時(shí)遙測(cè)地閃發(fā)生的時(shí)間、地點(diǎn)、雷電流幅值、極性與回?fù)舸螖?shù)，呈現(xiàn)出雷電活動(dòng)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖。通過(guò)該系統(tǒng)不僅能顯示某區(qū)域的雷電活動(dòng)情況，而且可進(jìn)行數(shù)據(jù)定位處理，指導(dǎo)相關(guān)部門(mén)查詢(xún)雷擊故障點(diǎn)，并對(duì)雷電活動(dòng)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，為鐵路運(yùn)輸安全的生產(chǎn)、運(yùn)行提供服務(wù)，有效地減少雷擊事故和雷電災(zāi)害所造成的損失。
新疆的雷電活動(dòng)特點(diǎn)是：強(qiáng)度大、時(shí)間和空間分布集中。根據(jù)這些特點(diǎn)再結(jié)合新疆鐵路線(xiàn)的分布情況開(kāi)展雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)建設(shè)十分必要，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
① 指導(dǎo)查找接觸網(wǎng)線(xiàn)路雷擊故障點(diǎn)
雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)最為重要之處在于能夠準(zhǔn)確地測(cè)定雷擊的位置, 這也是該系統(tǒng)在電氣化鐵路運(yùn)行中最為重要的應(yīng)用?，F(xiàn)在的情況是每當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生雷擊跳閘，根據(jù)調(diào)度命令，線(xiàn)路責(zé)任區(qū)的單位必須出動(dòng)大批巡線(xiàn)人員, 僅能根據(jù)不算精確的保護(hù)故障測(cè)距結(jié)果, 沿線(xiàn)逐桿查找故障點(diǎn),效率較低。特別是新疆鐵路線(xiàn)地區(qū)荒漠戈壁、高山中，巡線(xiàn)人員查找故障點(diǎn)費(fèi)時(shí)費(fèi)力，可能造成嚴(yán)重后果。通過(guò)利用雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，發(fā)生雷擊跳閘后，調(diào)度運(yùn)行值班人員只需提供跳閘精確時(shí)間，線(xiàn)路工區(qū)人員根據(jù)定位系統(tǒng)找該時(shí)刻左右最有可能發(fā)生雷擊的桿塔位置，有的放矢，能夠盡快查找故障點(diǎn)，又大大減輕了線(xiàn)路工作人員的工作強(qiáng)度。
② 指導(dǎo)判斷接觸網(wǎng)跳閘的雷擊相關(guān)性
鐵路系統(tǒng)以往的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)中, 往往將發(fā)生在雷雨天氣而又未能查找到明確故障點(diǎn)的線(xiàn)路跳閘原因一般都認(rèn)定為雷擊故障, 這就影響了運(yùn)行單位對(duì)真正事故原因的查找, 且留下了再次事故的隱患。應(yīng)用雷擊定位系統(tǒng)可以確定線(xiàn)路跳閘由雷擊造成的可能性大小, 如果確定不是由雷擊造成線(xiàn)路跳閘的可能性很大, 可以根據(jù)實(shí)際情況繼續(xù)尋找故障閃絡(luò)點(diǎn)并分析事故的真正原因, 消除事故隱患。
③ 增強(qiáng)列車(chē)運(yùn)行調(diào)度的靈活性和事故預(yù)警
通過(guò)該系統(tǒng)接收到的雷電信息, 列車(chē)調(diào)度值班主任可以判斷雷電發(fā)生的準(zhǔn)確地點(diǎn)、雷電強(qiáng)度及走向趨勢(shì)等信息。同時(shí)發(fā)布信息給值班調(diào)度員，可以及時(shí)修正和改變列車(chē)的運(yùn)行線(xiàn)路, 避免運(yùn)行中的列車(chē)遭受雷擊所導(dǎo)致的不必要經(jīng)濟(jì)損失和安全事故。如果在不能改變列車(chē)運(yùn)行的情況下，調(diào)度值班人員可及時(shí)做好相關(guān)防雷擊措施及事故預(yù)案, 力爭(zhēng)將雷擊損失減少到最低程度。
④ 保障列車(chē)?yán)子昙竟?jié)的安全運(yùn)行
通過(guò)大量雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的積累和分析, 可以大致了解新疆境內(nèi)雷電多發(fā)區(qū)域的雷電分布及強(qiáng)度信息, 從而合理制定雷電分布圖, 不僅可以指導(dǎo)安排列車(chē)在雷雨季節(jié)的運(yùn)行, 指導(dǎo)線(xiàn)路運(yùn)行單位加強(qiáng)雷電密集區(qū)段和線(xiàn)路的易雷擊段的運(yùn)行維護(hù), 還可以為鐵路設(shè)計(jì)部門(mén)進(jìn)行線(xiàn)路、廠(chǎng)站等設(shè)計(jì)時(shí)提供必要的防雷依據(jù)。
02
雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)實(shí)施方案
2.1 雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的原理
雷電是由雷雨云中的電荷達(dá)到一定的數(shù)量時(shí)，在云內(nèi)不同部位之間或云與地面之間就形成了很強(qiáng)的電場(chǎng)，當(dāng)電荷積聚到一定程度時(shí)，就會(huì)在云與云之間或云與地之間發(fā)生放電現(xiàn)象。也就是說(shuō)雷電的發(fā)生來(lái)源于雷云內(nèi)部的電荷累積；這意味著只要能夠準(zhǔn)確檢測(cè)空間靜電場(chǎng)的變化，就可以間接了解雷云電荷累積的情況。
根據(jù)歷年累積的相關(guān)氣象資料表明，雷電的發(fā)生需要一定條件，并且具有規(guī)律性：當(dāng)雷雨云靠近或形成的時(shí)候,地面靜電場(chǎng)按照一定的方式變化。在標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量狀態(tài)下(平原,平地,無(wú)尖端效應(yīng))靜電場(chǎng)在天氣晴好時(shí)的場(chǎng)強(qiáng)平均值約為150V/m。當(dāng)雷雨云出現(xiàn)時(shí),靜電場(chǎng)的電場(chǎng)強(qiáng)度可增大到+ 2KV/m或- 14KV/m。單個(gè)的雷雨云層或與前方雷雨云組合時(shí),電場(chǎng)強(qiáng)度增長(zhǎng)的時(shí)間為15-20分鐘。電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)3KV/m時(shí),雷雨云正在形成或正在靠近。雷雨云的形成過(guò)程如下圖：
圖4 雷云形成過(guò)程圖
圖5 某一時(shí)間段內(nèi)方法后的雷雨云活動(dòng)電場(chǎng)強(qiáng)度線(xiàn)
雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)運(yùn)用了測(cè)量環(huán)境靜電場(chǎng)的原理來(lái)對(duì)雷云進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并結(jié)合氣象衛(wèi)星云圖、雷達(dá)、閃電定位等氣象資料做出短時(shí)臨近雷電預(yù)警。在出現(xiàn)天氣變化時(shí)，系統(tǒng)都可以根據(jù)對(duì)環(huán)境靜電場(chǎng)的變化，引入云圖、雷達(dá)、閃電定位資料監(jiān)測(cè)8－10公里以外靠近的雷電做出臨近預(yù)警。系統(tǒng)能夠及時(shí)地在雷電產(chǎn)生之前大約15-20分鐘發(fā)出雷電警報(bào)，及時(shí)避免列車(chē)遭受雷擊傷害和減少雷擊造成的損失。
2.2 結(jié)合新疆鐵路區(qū)域分布針對(duì)性開(kāi)展雷電預(yù)警系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)
新疆地域面積的特殊性使得鐵路線(xiàn)綿延數(shù)千公里，鐵路線(xiàn)途徑的區(qū)域在地理特征、氣候特征都存在比較大的差異，如蘭-新線(xiàn)、南-疆線(xiàn)、精-伊-霍線(xiàn)、奎-北線(xiàn)、喀-和線(xiàn)以及正在建設(shè)的蘭新第二雙線(xiàn)，途徑的區(qū)域從荒漠戈壁到濕地平原再到高山林立，局地的短時(shí)劇烈天氣現(xiàn)象時(shí)常可見(jiàn)，雷電便是其中之一。通過(guò)與氣象云圖、歷年全疆閃電定位資料、氣象資料（溫濕度、氣壓）的結(jié)合，引入該區(qū)域內(nèi)的鐵路線(xiàn)進(jìn)行全面的分析，擬定在雷電多發(fā)區(qū)域建設(shè)實(shí)驗(yàn)性站點(diǎn)。在這些雷電多發(fā)區(qū)建立實(shí)驗(yàn)性的雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，可以監(jiān)測(cè)和統(tǒng)計(jì)特定區(qū)域內(nèi)的雷電資料，為后期雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)的全面實(shí)施提供數(shù)據(jù)支撐。雷電預(yù)警系統(tǒng)可以向在監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的調(diào)度及相關(guān)人員發(fā)送警報(bào)。系統(tǒng)通過(guò)向相關(guān)人員發(fā)送雷云可能經(jīng)過(guò)的地理位置和雷電發(fā)生的警報(bào)等級(jí)，收到警報(bào)后可以迅速的對(duì)即將到來(lái)的雷電采取相應(yīng)措施。
2.3 擬建設(shè)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)驗(yàn)站方案
（1）雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警實(shí)驗(yàn)站結(jié)構(gòu)
圖6 雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警試驗(yàn)站結(jié)構(gòu)圖
（2）選定實(shí)驗(yàn)站原則
a、結(jié)合閃電定位儀統(tǒng)計(jì)資料、氣象資料、歷史雷災(zāi)事故統(tǒng)計(jì)資料，選擇雷電出現(xiàn)頻率高、造成損害大的區(qū)域。
b、監(jiān)測(cè)傳感器安裝位置附近，避免出現(xiàn)遮擋物及干擾源，最好能選擇地勢(shì)制高點(diǎn)。
c、合理規(guī)劃建設(shè)站址，監(jiān)測(cè)站能夠最大效率滿(mǎn)足使用，避免重復(fù)建設(shè)。
d、選擇站址時(shí)，充分考慮交通和通信條件，便于監(jiān)測(cè)傳感器的傳輸通信和日常維護(hù)工作。
（3）數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)
通過(guò)建立大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)、雷電定位實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)以及預(yù)警過(guò)程所需的其他文件庫(kù)（如云圖、雷達(dá)等）。
通過(guò)實(shí)時(shí)大氣電場(chǎng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)，提供基于GIS平臺(tái)的電場(chǎng)數(shù)據(jù)信息、雷電定位信息和預(yù)警信息，同時(shí)本系統(tǒng)可疊加雷達(dá)等相關(guān)資料，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)警過(guò)程。
通過(guò)預(yù)警發(fā)布系統(tǒng)，提供多種預(yù)警信息的實(shí)時(shí)發(fā)布，如特定用戶(hù)群的短信預(yù)警服務(wù)、預(yù)警文件傳遞服務(wù)、WEB信息發(fā)布服務(wù)系統(tǒng)，提供基于B/S應(yīng)用服務(wù)。
03
小結(jié)
擬采用雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)是一種能在雷電電磁釋放前提供有效實(shí)時(shí)的安全決策的信息系統(tǒng)，能夠?qū)妆┻M(jìn)行預(yù)防性偵測(cè)，并在第一次雷擊前探測(cè)到雷擊的發(fā)生并傳輸信息提示危險(xiǎn)。
本系統(tǒng)能夠及時(shí)地在雷電產(chǎn)生之前發(fā)出雷電警報(bào)，使列車(chē)、接觸網(wǎng)及列車(chē)運(yùn)行時(shí)電子儀器和設(shè)備避免雷擊傷害和減少雷擊造成的損失，而且對(duì)新疆鐵路運(yùn)輸來(lái)說(shuō)雷電監(jiān)測(cè)預(yù)警是一個(gè)比較新的課題，重要性毋庸置疑。該系統(tǒng)的建成將為合理安排列車(chē)安全運(yùn)行生產(chǎn), 判斷線(xiàn)路故障性質(zhì), 縮短雷擊故障處理時(shí)間, 減少雷擊損失等方面提供了新的技術(shù)支持。
●國(guó)務(wù)院：自7月1日起，深化證照分離改革，優(yōu)化雷電防護(hù)裝置檢測(cè)資質(zhì)審批服務(wù)
●防雷技術(shù)云課堂第三講《建筑物防雷裝置檢測(cè)技術(shù)》
●防雷技術(shù)干貨來(lái)了！《建（構(gòu)）筑物防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)》GB-50057
●3月1日起，氣象部門(mén)在辦理除電力通信以外的防雷資質(zhì)認(rèn)定、設(shè)計(jì)審核和竣工驗(yàn)收時(shí)，實(shí)行證明事項(xiàng)告知承諾制
●民營(yíng)企業(yè)如何走，防雷亂象幾時(shí)休？剖析《廣東省氣象局關(guān)于雷電防護(hù)裝置檢測(cè)單位監(jiān)督管理的辦法》（征求意見(jiàn)稿）
●中國(guó)氣象局關(guān)于雷電防護(hù)裝置檢測(cè)資質(zhì)單位相關(guān)管理辦法公開(kāi)征求意見(jiàn)的通知
●中國(guó)氣象局副局長(zhǎng)對(duì)《雷電防護(hù)裝置設(shè)計(jì)審核和竣工驗(yàn)收規(guī)定》等新修訂的四部部門(mén)規(guī)章進(jìn)行解讀
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2022/6/08
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