广西雷电监测站网设备维护存在问题及应对措施

李鹏飞 林于翔 郭媛 何宽

摘 要：广西雷电监测站网自2016年8月投入运行以来，为广西雷电业务服务及灾害防御工作发挥增效收益作用的同时，对站网维护及运行保障工作的需求也突显出愈发高的要求，基于近3年来的站网维保工作经验，提出进一步做好广西雷电监测站网设备维护工作的建议。

关键词：雷电监测;设备;维护保障

自雷电监测网站建成以来，到目前为止，大部分设备的运行良好，期间也不断对其进行完善与维护，有统计以来，自2017至今，已对全区近200多套（次）设备进行了不同程度的维护与修复，导致设备无法正常运行的原因有很多，诸如雷击、蚁虫侵蚀、产品缺陷、及周遭环境影响，都有可能导致设备“罢工”。综合气象观测业务体系保障能力建设是服务社会各个行业的现实需要，其在人们生产生活中发挥着十分重要的作用。雷电综合观测作为气象观测相对还较为缺失的部分，应该并行业务加快发展，进一步满足人们雷电防御的防灾减灾救灾需求。

一、雷电对监测站网设备的影响及措施

由于广西较为特殊的雷电气候环境，广西大气电场监测网设备投入运行以来，导致部分设备出现不同程度的“水土不服”，部分台站的大气电场仪设备遭受到雷击，造成设备损坏，无法正常工作。为了保障雷电监测预警网正常运行，在不影响观测场及其周边环境的基础上，对85个使用市电电源的大气电场仪监测站点进行防雷改造[1]，主要内容为：将大气电场仪的防雷措施改为独立接地、在探头安装电源浪涌保护器（SPD）和信号浪涌保护器（SPD）：

（一）独立接地

1、改造前。改造前是用扁钢与观测场或自动站地网连接，敷设到大气电场仪基座，再用10 mm2多股铜芯线（接地线）从基座电缆保护管中引出，长度为300 mm。基座电缆保护管平基座表面（见图1）。

2、改造后。改造后将原来大气电场仪设备接地线与观测场地网的焊接口断开，即与观测场地网系统分离。在大气电场仪设备基座旁安装独立接地极。独立接地极采用直径16 mm的圆钢，长1 500 mm，在基座旁挖一个直径150 mm、深300 ～ 400 mm的坑，将圆钢打入坑中，地极低于地面，再用10 mm2多股铜芯线从地下引到基座并固定在基座上，供设备接地（详见图2）。施工完毕，回填泥土，恢复草皮，不裸露，不影响观测场美观。

改造完成后，大气电场仪地极与观测场地网分开，互不影响[2]。

（二）探头加装电源SPD和信号SPD

在大气电场仪的电源、信号线路上加装相应的SPD模块，SPD模块安装于金属箱内，该金属箱固定于大气电场仪探头金属杆下方（详见图3-图4）。

（三）改造效果

在实施了防雷改造措施后，从日后的维护效果来看，收效甚微，反而增加的运行的难度及成本，容易造成信号传输中断，譬如增加的信号SPD，极易出现故障，如出现故障，探头信号就无法传输，整套设备就无法正常运转。本意作为探头端的浪涌保护，在真正遭受雷击后，也没能发挥应有的作用，在众多雷电监测站点雷击案例中，仅仅发现富川站的防雷改造能起到一定的防护作用。而探头下端增设的金属盒子，极易成为蚁虫筑巢的对象，维护的难度和成本也会因此大大增加。因此，从长远来看，此整改措施并非是最佳解决方案。

二、不同传输方式下监测设备的保障运行

根据诸多有线传输设备的维护经历，我总结了如下几点，① 设备的正常运转应该遵从如下环节：1）电源：220V交流电→电源适配器→24V直流电;2）信号：信号SPD→通讯模块探头，这其中某个环节出了问题都可以让设备无法正常运行，而在探头端又增加一套SPD，也就多了一分不确定性，进而导致设备运行的稳定性不高;② 运转环节相对复杂，可以对设备运转环节做些整合，以期提升设备运行时效和质量。

相对于市电电源的有线传输设备，太阳能供电的无线传输设备稳定性则要高一些，除开因为部分零部件的老化需要更换，其他问题倒是少了许多。但是，因为太阳能供电设备的特殊性，它的运行就很容易受天气的影响，广西每年的三、四月份大部分时间都处于阴雨的状态，这个时候很多太阳能设备因为光能不足，进而导致无法正常运行[3]。再者，由于信号是无线传输的，根据信号传输原理，雷雨天云层的分布以及一些极端天气影响会不会导致信号传输滞后，是否达到预警的目的，这有待进一步探讨[4-5]。

三、雷电监测站网维护的经验和建议

（一）雷电监测站网维护的经验

1、在探头中尝试集成SPD装置。直接在探头端做好避雷设施，这样也可以降低不少信号传输环节，增强传输效率，使设备简单化，才更能有效的降低维护成本，以期提高设备的稳定性;

2、采用防虫材料或提高设备的密闭性。可以考虑在生产部分零部件的同时加入防蚁虫材料或提高设备的密闭性，这样放在野外的设备得以不受蚁虫侵蚀，减少不必要的损失;

3、提高设备的稳定性。设备的安装-运行-维护，在各环节里，数据传输通讯模块长时间运行容易出现死机，或者传输不畅等问题，太阳能供电设备出现类似问题极多，可能是因为在户外的缘故，长期遭受风吹日晒雨淋，再加上广西的湿热大环境，更显得设备“水土不服”了，因此，通讯模块的品控就尤为关键了，不仅要做好散热，防潮，更要做好高温状态下还能长期、稳定的运行，期望能在新一代的通讯模块能够有效的解决这些问题[6];

4、增加设备配备件及周转件储备。自2015年建网以来，随着时间的推移，不少设备因为老化也陆续进入更换周期。根据不完全统计，2018年3月至今，更换雷电监测设备零部件如下表（表1、表2）所示。

极端天气的影响，设备的损坏率还会有所增长。因此，在站网维护的工作环节中，备配件的储备尤为关键，备件的不足将会影响全区整个雷电监测网站的正常运行。

5、充分发挥雷电防御的效能。在经历几次站网维护保障整改，依然很难做到有效的避雷。因此，在处理几次雷击事故中，往往都惨不忍睹，但经历多了，也能发现一些能够免遭雷击的设备，在梧州觀测场里的大气电场仪，在去年的一次雷击中得以幸免，其他如三维闪电定位仪，等其他一些气象设备都遭受到不同程度的损坏，因此，在现场的勘察中发现其构造有别于其它设备，在此之前该设备经历了几次整改，如配电箱外置、改为光纤传输、增设SPD，等等。但因为通讯模块无法兼容光纤而改成了无线传输，使得线路就变成了仅仅只对设备供电，这一下就从先前的回路变成单向传输。综合上述分析，会不会因为如此，设备才会得以幸免感应雷的侵入呢？就像太阳能供电设备，因为遭受雷击而维护的频次就很少。正如化繁为简了，性能也就会随着越发稳定。

（二）雷电监测站网维护的建议

1、加大雷电监测站网维保资金投入。为了确保雷电监测设备使用的安全性和稳定性水平，以期更好的实现雷电综合观测业务体系保障能力建设，应加大雷电监测站网维保资金投入力度，确保有充足的资金投入雷电监测站网设备周转及管护工作。定期做好气象观测站仪器设备的保养和维护，使其可以正常稳定的运行。一旦发现观测仪器设备出现故障问题应及时进行更换，避免影响雷电业务的正常进行。

2、加强雷电监测站网维保人才队伍建设。气象局及各级防雷机构应不断增强防雷业务人员综合素质。注重做好新技术、新方法和新装备等方面的业务培训工作，争取落实雷电业务人员和综合观测业务人员的轮训工作[7]。

积极开展青年人才和骨干人才培育，定期组织雷电业务人员进行技术交流等活动，确保相关人员对雷电综合观测业务全面掌握，不断增强业务人员适应现代化观测业务发展能力，以提升整体素质。

3、加强雷电综合观测业务管理。观测业务管理中涵盖了多方面的内容，其中最重要的就是对相关工作人员的管理和业务工作流程的规范[8]。对于综合业务管理人员来说，应加强同上级领导之间的沟通交流，以方便业及时了解观测工作的开展情况和存在的问题，并根据实际情况制定出科学有效的管理规范，降低综合气象观测业务运行问题。

四、结语

观测仪器设备能否正常运行直接影响观测工作的顺利进行和数据可用率，只有避免观测仪器设备出现故障问题，才能达到提升综合观测业务质量的目的，同时才能为防雷服务工作提供有代表性、正确性的雷电资料信息。

在开展雷电综合观测业务中，除了做好日常巡视工作外，还要做好观测仪器设备的日常维护;做好质量监控，可通过业务软件系统第一时间发现故障问题和异常数据，并采取科学有效的对策进行处理，实现综合观测业务一体化，不断增强综合雷电观测质量。

参考文献：

[1]杨家锋，李崇福，妙娟利.ADTD雷击探测仪的故障诊断及排除指南[J].陕西气象，2007，（1）：48.

[2]冯鹤，李小龙.山地旅游景区雷电灾害风险评估研究[J].防灾科技学院学报， 2013，15（4）：75-80.

[3]段振中，朱传林，刘国臻.武当山景区雷电环境及古建筑防雷[J].山地学报， 2013，31（1）：77-82.

[4]刘欣生，郄秀书.雷电物理与人工引发雷电研究进展[J].中国科学基金，1999（1）：22-25.

[5]吕伟涛，张义军，孟青，等.雷电临近预警方法和系统研发[J].气象，2009，35（5）：10-17.

[6]孟青，吕伟涛，姚雯，等.地面电场资料在雷电预警技术中的应用[J].气象，2005，31（9）：30-33.

[7]张鹏，林卓宏，陈巧淑，等.自动气象站观测场防雷接地制式的技术分析[J].气象研究与应用，2012， 33（4）：67-69.

[8]施海民，庄富娟.综合气象观测业务质量提升对策[J].南方农机 ，2017，48（23）：116-117.

基金項目：2019年度广西气象软科学研究项目（雷电监测站网现代化建设实施及保障体系研究）（编号[2019]第M04号）

作者简介：李鹏飞（1985-），男，学士，助理工程师，主要从事防雷工程，雷电防御、设备维护等方面工作。