铁路雷电监测预警系统建设

雷电监测预警系统是采用定向雷电定位技术和时差雷电定位技术结合对铁路沿线落雷情况进行监视、定位，能大范围的实时遥测地闪发生的时间、地点、雷电流幅值、极性与回击次数，呈现出雷电活动的实时动态图。通过该系统不仅能显示某区域的雷电活动情况，而且可进行数据处理，指导相关部门查询雷击故障点，并对雷电活动的发展趋势进行预测，为铁路运输安全的生产、运行提供服务，有效地减少雷击事故和雷电灾害所造成的损失。

新疆的雷电活动特点是：强度大、时间和空间分布集中。根据这些特点再结合新疆铁路线的分布情况开展雷电监测预警系统建设十分必要，主要体现在以下几个方面：

① 指导查找接触网线路雷击故障点

雷电监测预警系统较为重要之处在于能够准确地测定雷击的位置, 这也是该系统在电气化铁路运行中较为重要的应用。现在的情况是每当接触网发生雷击跳闸，根据调度命令，线路责任区的单位必须出动大批巡线人员, 仅能根据不算精确的保护故障测距结果, 沿线逐杆查找故障点,效率较低。特别是新疆铁路线地区荒漠戈壁、高山中，巡线人员查找故障点费时费力，可能造成严重后果。通过利用雷电监测预警系统，发生雷击跳闸后，调度运行值班只需提供跳闸精确时间，线路工区人员根据定位系统找该时刻左右较有可能发生雷击的杆塔位置，有的放矢，能够尽快查找故障点，又大大减轻了线路工作人员的工作强度。

② 指导判断接触网跳闸的雷击相关性

铁路系统以往的运行经验中, 往往将发生在雷雨天气而又未能查找到明确故障点的线路跳闸原因一般都认定为雷击故障, 这就影响了运行单位对真正事故原因的查找, 且留下了再次事故的隐患。应用雷击定位系统可以确定线路跳闸由雷击造成的可能性大小, 如果确定不是由雷击造成线路跳闸的可能性很大, 可以根据实际情况继续寻找故障闪络点并分析事故的真正原因, 消除事故隐患。

③ 增强列车运行调度的灵活性和事故预警

通过该系统接收到的雷电信息, 列车调度值班主任可以判断雷电发生的准确地点、雷电强度及走向趋势等信息。同时发布信息给值班调度员，可以及时修正和改变列车的运行线路, 避免运行中的列车遭受雷击所导致的不必要经济损失和安全事故。如果在不能改变列车运行的情况下，调度值班可及时做好相关防雷击措施及事故预案, 力争将雷击损失减少到较低程度。

④ **列车雷雨季节的安全运行

通过大量雷电监测数据的积累和分析, 可以大致了解新疆境内雷电多发区域的雷电分布及强度信息, 从而合理制定雷电分布图, 不仅可以指导安排列车在雷雨季节的运行, 指导线路运行单位加强雷电密集区段和线路的易雷击段的运行维护, 还可以为铁路设计部门进行线路、厂站等设计时提供必要的防雷依据。

2.1 雷电监测预警系统的原理

雷电是由雷雨云中的电荷达到一定的数量时，在云内不同部位之间或云与地面之间就形成了很强的电场，当电荷积聚到一定程度时，就会在云与云之间或云与地之间发生放电现象。也就是说雷电的发生来源于雷云内部的电荷累积；这意味着只要能够准确检测空间静电场的变化，就可以间接了解雷云电荷累积的情况。

根据历年累积的相关气象资料表明，雷电的发生需要一定条件，并且具有规律性：当雷雨云靠近或形成的时候,地面静电场按照一定的方式变化。在标准测量状态下(平原,平地,无尖端效应)静电场在天气晴好时的场强平均值约为150V/m。当雷雨云出现时,静电场的电场强度可增大到+ 2KV/m或- 14KV/m。单个的雷雨云层或与前方雷雨云组合时,电场强度增长的时间为15-20分钟。电场强度**过3KV/m时,雷雨云正在形成或正在靠近。雷雨云的形成过程如下图：

图4 雷云形成过程图

图5 某一时间段内方法后的雷雨云活动电场强度线

雷电监测预警系统运用了测量环境静电场的原理来对雷云进行监测，并结合气象卫星云图、雷达、闪电定位等气象资料做出短时临近雷电预警。在出现天气变化时，系统都可以根据对环境静电场的变化，引入云图、雷达、闪电定位资料监测8－10公里以外靠近的雷电做出临近预警。系统能够及时地在雷电产生之前大约15-20分钟发出雷电警报，及时避免列车遭受雷击伤害和减少雷击造成的损失。

2.2 结合新疆铁路区域分布针对性开展雷电预警系统实验

新疆地域面积的特殊性使得铁路线绵延数千公里，铁路线途径的区域在地理特征、气候特征都存在比较大的差异，如兰-新线、南-疆线、精-伊-霍线、奎-北线、喀-和线以及正在建设的兰新*二双线，途径的区域从荒漠戈壁到湿地平原再到高山林立，局地的短时剧烈天气现象时常可见，雷电便是其中之一。通过与气象云图、历年全疆闪电定位资料、气象资料（温湿度、气压）的结合，引入该区域内的铁路线进行全面的分析，拟定在雷电多发区域建设实验性站点。在这些雷电多发区建立实验性的雷电监测预警系统，可以监测和统计特定区域内的雷电资料，为后期雷电监测预警系统的全面实施提供数据支撑。雷电预警系统可以向在监测区域内的调度及相关发送警报。系统通过向相关人员发送雷云可能经过的地理位置和雷电发生的警报等级，收到警报后可以*的对即将到来的雷电采取相应措施。

2.3 拟建设雷电监测预警实验站方案

（1）雷电监测预警实验站结构

图6 雷电监测预警试验站结构图

（2）选定实验站原则

a、结合闪电定位仪统计资料、气象资料、历史雷灾事故统计资料，选择雷电出现频率高、造成损害大的区域。

b、监测传感器安装位置附近，避免出现遮挡物及干扰源，较好能选择地势制高点。

c、合理规划建设站址，监测站能够较大效率满足使用，避免重复建设。

d、选择站址时，充分考虑交通和通信条件，便于监测传感器的传输通信和日常维护工作。

（3）数据处理系统

通过建立大气电场监测网络实时数据库、雷电实时数据库以及预警过程所需的其他文件库（如云图、雷达等）。

通过实时大气电场监测和报警系统，提供基于GIS平台的电场数据信息、雷电信息和预警信息，同时本系统可叠加雷达等相关资料，实现准确的预警过程。

通过预警发布系统，提供多种预警信息的实时发布，如特定用户群的短信预务、预警文件传递服务、WEB信息发布服务系统，提供基于B/S应用服务。

拟采用雷电监测预警系统是一种能在雷电电磁释放前提供有效实时的安全决策的信息系统，能够对雷暴进行预防性侦测，并在**次雷击前探测到雷击的发生并传输信息提示危险。

本系统能够及时地在雷电产生之前发出雷电警报，使列车、接触网及列车运行时电子仪器和设备避免雷击伤害和减少雷击造成的损失，而且对新疆铁路运输来说雷电监测预警是一个比较新的课题，重要性毋庸置疑。该系统的建成将为合理安排列车安全运行生产, 判断线路故障性质, 缩短雷击故障处理时间, 减少雷击损失等方面提供了新的技术支持。