智能防雷雷电预警在线监测系统的应用方案

随着现代社会对电力、通信、交通、石化、新能源等关键行业的依赖度不断提升，雷电灾害对设备和人员的安全构成了重大威胁。传统防雷措施如避雷针、SPD浪涌保护器、接地系统只能在“被动防护”层面减轻雷击损害，而无法对雷电活动进行实时预判与主动预警。

因此，地凯科技智能防雷雷电预警在线监测系统（以下简称“智能防雷系统”）应运而生。该系统结合气象电场监测、雷电定位、数据分析、通信联网等多项技术，能实现对区域雷电活动的实时监测、风险评估与分级预警，为重大工程提供“事前预警、事中监测、事后分析”的全周期防雷管理手段。

二、智能防雷系统总体架构

智能防雷雷电预警在线监测系统通常由以下四大部分组成：

大气电场变化监测与雷电传感器单元

雷电信号采集与数据处理中心

通信与远程监控系统

平台软件与可视化预警中心

系统设计遵循以下标准：

GB 50057-2014 《建筑物防雷设计规范》

GB/T 21714-2008 《雷电定位系统技术要求》

QX/T 285-2019 《地基大气电场观测规范》

DL/T 1596-2016 《变电站防雷监测系统技术规范》

三、大气电场监测与雷电传感器单元

1. 大气电场监测原理

大气电场仪（Electric Field Mill, EFM）通过感应电极的旋转周期性地暴露与屏蔽电场感应面，实现对大气电场强度（单位：V/m）的实时测量。当雷暴云层带电结构变化或地表电势梯度增大时，电场强度将迅速升高，达到设定阈值即触发预警。

2. 雷电流与雷击计数传感器

除了电场仪外，还需部署雷击计数器与雷电流传感器用于记录直接雷击事件。

测量范围：0.5～200 kA（波形8/20 μs）

记录内容：雷击次数、峰值电流、时间戳

安装位置：SPD前端或接地引下线处

执行标准：GB/T 18802.1-2020《低压电涌保护器》

这些传感器协同工作，能实现对雷电活动从“云-地电势变化”到“实际雷击”的全过程捕捉。

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四、数据采集与处理中心

1. 数据采集器配置

数据采集终端（Data Logger）负责汇总来自各雷电监测节点的信号，并进行初步分析。

主要技术指标如下：

采样精度：16 bit

采样频率：≥1 Hz（电场）/ 100 kHz（雷击瞬变）

通信接口：RS485 / RJ45 / 4G / NB-IoT

工作电源：DC 12~36V

存储容量：≥32 GB，支持断点续传

工作温度：-40℃～+70℃

数据采集器采用抗干扰隔离设计，保证强电磁干扰环境下的稳定运行。

2. 数据处理中心功能

数据中心可部署在本地机房或云端平台，通过算法实现以下功能：

电场梯度变化趋势分析：当电场强度连续升高且超过设定阈值（如±5 kV/m）时，自动判定雷暴云活动。

多点数据融合：综合区域多个传感器数据，形成空间分布图。

智能预警算法：结合历史雷暴数据、实时气象参数（湿度、风速、气压）进行风险评估。

雷电事件回溯分析：支持导出雷击曲线、雷电流波形、雷击定位坐标。

系统软件应符合国家《气象信息系统安全管理规范》（GB/T 34941-2017）与《信息安全等级保护2.0》要求。

五、通信与远程监控系统

智能防雷系统的通信模块承担现场与云平台之间的数据传输任务。

1. 通信方案

主链路：光纤或以太网（Modbus TCP/IP协议）

备用链路：4G/5G无线通信或NB-IoT

通信加密：AES-256加密与SSL认证

传输延时：≤1秒

2. 远程监控功能

系统支持多终端访问（电脑、平板、手机APP），实现：

实时查看电场曲线与雷电活动地图；

雷电风险黄/橙/红三级预警推送；

自动短信、微信或邮箱告警通知；

历史数据分析与导出报表。

六、地凯科技智能防雷雷电场在线监测行业应用方案

1. 电力系统

在变电站、输电塔、风电场等关键节点部署电场仪与雷电流传感器，可实现变电站雷击风险预测、避雷装置性能诊断。

推荐部署密度：每10平方公里1套电场监测单元；

通信方式：光纤+4G备份；

接口协议：DL/T 1596兼容。

2. 通信与数据中心

通信机房、IDC数据中心通过智能防雷系统可实现机架级SPD状态监测与雷电预警联动。

电场传感器安装于机房楼顶；

通信方式采用NB-IoT低功耗联网；

联动策略：电场值>8 kV/m时自动切换UPS旁路、关闭非核心设备。

3. 石化与危险化工区

石化储罐区、天然气站点对雷电预警要求极高。

防爆型电场传感器：Ex ia IIC T6级；

预警提前时间≥10分钟；

供电方式：太阳能+锂电混合供电；

符合GB/T 3836.1-2021《爆炸性环境电气设备》标准。

4. 交通与机场领域

机场塔台、导航台站、高速铁路沿线均可部署雷电预警系统，实现航班调度或列车运行安全控制。

预警等级：黄/橙/红三级；

预警发布方式：智能广播+短信推送；

系统响应时间：<3秒。

5. 新能源发电场站

风电场、光伏电站地域分布广、环境恶劣，通过雷电在线监测系统可实现远程预警+SPD状态监测一体化管理。

电场仪布点间距：5～10 km；

防护等级：IP67；

通信方式：LoRa自组网或4G/卫星通信。

地凯科技智能防雷雷电预警在线监测系统通过融合传感监测、智能计算、通信互联、可视化管理等技术，实现了雷电灾害防控从“被动防护”到“主动预警”的转变。该系统已在电力、通信、石化、交通、新能源等多个行业得到成功应用，符合国家标准体系要求，是未来智慧城市与数字能源基础设施防雷体系建设的重要组成部分。

审核编辑 黄宇