智能雷电预警实时监测系统的防雷工作原理与应用

一、系统概述

雷电预警实时监测系统（Lightning Early Warning and Real-time Monitoring System，简称 LEWS）是一种利用电磁场探测、气象雷达、光学探测等综合手段，对雷电活动进行实时监测、分析和提前预警的防雷系统。它既不同于单纯的避雷针被动防护，也区别于浪涌保护器的事后防护，而是事前提前数分钟到数十分钟发出预警信号，为人员撤离、设备停机、系统切换赢得宝贵时间。

根据 GB/T 21714-2008《雷电定位系统技术规范》 和 QX/T 321-2016《雷电监测与预警技术规范》，雷电预警系统属于主动防雷范畴，主要功能包括：

实时探测雷电活动（云内放电、云间放电、云地放电）；

数据分析与预警发布；

与防雷设备联动控制（如关闭风机、切断电源、封锁露天作业区等）。

智能雷电预警实时监测系统 智能雷电预警实时监测系统

二、地凯科技智能雷电预警实时监测系统的防雷工作原理

雷电预警实时监测系统的核心原理分为四个阶段：

1. 电磁场感应探测

原理：雷电放电会产生极强的电磁脉冲（EMP），在 1Hz～300MHz 的宽频范围内有明显特征。系统利用低频电场天线（1～10 kHz）监测静电场变化，同时利用宽带磁场天线（1～30 MHz）监测雷电的瞬时脉冲信号。

作用：静电场持续升高通常是雷雨云接近的信号，而宽带脉冲的幅度和波形可判断放电类型与强度。

2. 雷电定位与测距

系统通过到达时间差法（TOA）或磁方位法（MDF），计算雷电源位置；多点布设的探测站可实现三角定位，精度可达 250～500 米。

通过信号衰减率与波形特征，可计算雷电距离与能量等级。

3. 雷电活动趋势分析

云内放电密度增加 → 预示未来可能产生云地放电（危害最大）。

通过过去 5～10 分钟内的雷电活动变化趋势，预测未来 15～45 分钟的雷电风险等级。

系统内置 雷电预警等级模型（通常分为三级或四色预警）。

4. 联动防护与信息发布

与现场 SCADA系统、自动化断路器、警报广播、可视化防雷平台对接，实现：

自动关闭风机叶片（风电场）

停止露天吊装作业（港口、建筑工地）

切断易燃易爆场所电源（石化、油库）

向手机、APP、广播等渠道推送预警信息

三、雷电探测距离

不同探测技术下，雷电预警系统的有效探测范围存在差异：

静电场探测，云内电场变化，15～30 km，±1 km

宽带脉冲电磁波探测，云地/云间放电，50～80 km，±500 m

区域雷电定位网络，全类型雷电，150～300 km，±250 m

综合光学-电磁混合探测，高精度定位，100～200 km，±200 m

经验值：

单站点静电场探测：适合局部保护（如单个机场、变电站）；

区域网络式雷电监测：适合大范围行业保护（如铁路、输电网、沿海港口群）。

根据中国气象行业标准 QX/T 321，为了确保预警提前量，系统应能在雷电到达目标前 ≥15分钟 发出警报，探测距离需不小于 30 公里。

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四、地凯科技智能雷电预警实时监测系统行业部署解决方案

1. 电力与新能源行业（风电、光伏、电网）

需求：风电机组、光伏组件、输电线路易受雷击损坏，需提前停机或切换供电线路。

部署方案：

在风电场或光伏基地布设 1～2 台静电场仪（覆盖半径 15 km）+ 接入区域雷电定位网络。

与 SCADA系统联动，雷电接近 10 km 内自动停机。

关键设备配合SPD浪涌保护器，形成“预警+防护”双重体系。

参数参考：

静电场探测精度：±5 V/m

响应时间：≤1 s

抗风等级：≥12级（35 m/s）

2. 机场与航空领域

需求：保障航班安全，减少雷电天气下的地面作业风险。

部署方案：

布设静电场传感器于跑道两端，结合区域雷电监测数据。

预警系统与塔台指挥系统对接，发出雷电红色预警时暂停登机、加油作业。

参数参考：

预警提前量：≥20 分钟

定位精度：≤500 m

与ADS-B航班监控系统对接，实现飞行动态与雷电预警叠加显示。

3. 石化与化工行业

需求：油罐区、易燃气体管道极易被雷击引发火灾爆炸。

部署方案：

静电场仪安装于油罐区最高点，结合多点探测防止盲区。

雷电接近 15 km 内，系统自动切断高危生产环节电源并封闭管道阀门。

与防爆广播系统联动，通知人员撤离。

参数参考：

探测灵敏度：≥1 kV/m 电场变化分辨率

防爆等级：Ex dⅡBT4 及以上

4. 铁路与城市轨道交通

需求：高架供电系统、信号系统对雷电干扰敏感。

部署方案：

在区间变电所与车站信号楼安装静电场监测器。

与调度中心系统对接，雷电接近 10 km 内自动降低供电电压或切换备用供电。

对接广播与列车调度系统，通知司机减速或暂停发车。

5. 港口与海上作业平台

需求：露天吊装、海上油气平台暴露在雷电风险中。

部署方案：

布设防腐型静电场仪（IP66防护等级）。

接入海事调度中心，实现雷电临近时自动禁止吊装作业。

五、实施注意事项

与现有气象雷达融合：在有条件的地区，建议将雷电预警系统与天气雷达数据融合，提高预测准确度。

防雷接地：静电场仪与探测设备的接地电阻应≤4 Ω（依据 GB 50057-2010）。

定期校准与检修：每年至少一次静电场仪校准，确保灵敏度和零点稳定性。

多通道冗余：预警信号应通过有线+无线（4G/5G/北斗短报文）双通道传输，防止单通道故障导致漏报。

雷电预警实时监测系统是现代防雷体系的“第一道防线”，它的作用不是替代避雷针和浪涌保护器，而是与它们形成事前+事中+事后的全流程雷电防护体系：

事前：提前 15～45 分钟预警，保护人员和设备；

事中：雷击瞬间通过SPD等装置泄放能量；

事后：监测设备状态、统计雷电数据，优化防雷策略。

在复合气象灾害频发的今天，配合 GB/T 21714、GB 50057 等国家标准部署雷电预警系统，不仅是行业安全生产的需要，也是智慧防雷发展的必然趋势。

审核编辑 黄宇