QX/T 594-2020《地面大氣電場觀測規(guī)范》標準解讀

朱彪 曾金全 林彬彬 許軍

摘 要：2020年12月29日，全國雷電災害防御行業(yè)標準化技術委員會正式發(fā)布了QXT 594-2020《地面大氣電場觀測規(guī)范》，標準于2021年4月15日開始實施。本標準規(guī)定了地面大氣電場觀測的觀測內(nèi)容、觀測方法、觀測儀器、場地與安裝、數(shù)據(jù)記錄與傳輸及維護與檢查等技術要求，穩(wěn)定可靠的地面大氣電場監(jiān)測數(shù)據(jù)對提升雷電預警能力具有現(xiàn)實的指導意義。本文介紹了標準制定的背景和意義，對標準的主要內(nèi)容與技術考慮作了解讀，以更好地用于雷電災害防護工作，推動標準的貫徹落實。

關鍵詞：QX/T 594-2020，地面大氣電場，觀測

DOI編碼：10.3969/j.issn.1674-5698.2023.04.014

1 引 言

雷電由于其強大的電流和猛烈的電磁輻射等物理效應，容易造成嚴重的破壞，同時，雷電過程還常常伴隨強對流天氣過程[1]。地面大氣電場監(jiān)測設備是利用置于電場中的導體上產(chǎn)生的感應電荷，來測量地面大氣電場強度和方向的，可以對其上空一定半徑范圍內(nèi)的云層帶電狀況進行監(jiān)測，直觀監(jiān)測出監(jiān)測區(qū)域內(nèi)電場強度的分布情況。雷暴云內(nèi)及雷暴云和大地之間可產(chǎn)生放電，雷暴云頂和低電離層之間也存在大氣放電。地面大氣電場儀通過記錄云閃和地閃活動，連續(xù)監(jiān)測地面大氣電場的強度和極性，通過對雷暴云的放電過程進行連續(xù)監(jiān)測，既能夠記錄閃電發(fā)生前雷暴中的電活動， 又可記錄雷暴過程中發(fā)生的閃電。大氣電場儀根據(jù)導體在電場中產(chǎn)生感應電荷的原理，能夠長時間連續(xù)測量大氣電場的強度和極性，完整記錄地面電場的變化情況[2]。

相比依托于防雷裝置、接地的傳統(tǒng)、被動方式，雷電監(jiān)測預警技術成為目前業(yè)界公認能大幅降低雷擊傷亡與災害最有效的措施之一。大氣電場儀主要用于連續(xù)監(jiān)測大氣電場強度，由于大氣電場強度的變化與雷電的發(fā)生及強降水等天氣現(xiàn)象密切相關，大氣電場監(jiān)測數(shù)據(jù)可以單獨預警，也可和氣象雷達、衛(wèi)星和閃電資料進行雷電預警[3-4]，雷電監(jiān)測預警產(chǎn)品在機場及航空航天保障、電力系統(tǒng)安全、油田油庫石油鉆井平臺、高爾夫球場、旅游景區(qū)、海濱浴場、野外采礦區(qū)等場所發(fā)揮重要作用。同時，服務單位可以根據(jù)雷電監(jiān)測預警信息采取全自動隔離措施，當雷電來臨時，對UPS電源進行自動切換，規(guī)避雷電災害對電子信息設備的影響[5]，來降低雷暴天氣對用電設備等造成的影響和損害。挖掘、探索雷電監(jiān)測預警技術與服務用戶需求的融合點，結合大氣電場儀開展雷電監(jiān)測預警業(yè)務服務。我國是雷電災害高發(fā)國家，人口、經(jīng)濟、生產(chǎn)要素高度密集，雷電災害對人身安全和安全生產(chǎn)的影響也更加突出，地面大氣電場觀測技術標準的推廣應用，對推進防災減災工作具有重要的意義。應急管理部印發(fā)《大型油氣儲存基地雷電預警系統(tǒng)基本要求（試行）》中的相關要求，不少?；袠I(yè)都完成了雷電預警系統(tǒng)的部署搭建，特別是碼頭油庫雷電預警系統(tǒng)、煉化廠區(qū)雷電預警系統(tǒng)、儲油庫區(qū)雷電預警系統(tǒng)、加油站雷電預警系統(tǒng)等等。大氣電場儀得到廣泛應用，為人身安全和財產(chǎn)保護起到積極有效的預警防護作用，經(jīng)濟效益和社會效益顯著。

2 主要內(nèi)容概述

標準針對地面大氣電場觀測數(shù)據(jù)格式、設備的維護和安裝環(huán)境等部分的條文內(nèi)容作了重要參考，在標準制定過程中開展大氣電場觀測科學比對試驗，并對試驗數(shù)據(jù)進行分析，保障標準編制的科學性。大氣電場強度是大氣電場觀測的重要內(nèi)容，近年來，在防雷減災等方面發(fā)揮了重要作用，應用領域較廣。在實際應用中由于不同廠家觀測設備性能不一致、數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、安裝場地不規(guī)范、設備維護不及時等一系列問題，影響了地面大氣電場設備作用的發(fā)揮。本標準基于存在的問題，側重規(guī)范地面大氣電場觀測的重要內(nèi)容，更好地保障地面大氣電場觀測數(shù)據(jù)發(fā)揮作用。主要內(nèi)容從地面大氣電場觀測的業(yè)務應用角度出發(fā)，側重于地面大氣電場觀測方法、內(nèi)容、設備安裝的場地選擇、技術要求、數(shù)據(jù)格式和運維等內(nèi)容。本標準內(nèi)容涵蓋了地面大氣電場觀測的觀測內(nèi)容、觀測方法、觀測儀器、場地與安裝、數(shù)據(jù)記錄與傳輸及維護與檢查等技術要求，在防雷減災工作中發(fā)揮了重要作用。

2.1 觀測設備的通用要求

觀測設備的通用要求主要對觀測設備的組成、觀測方法和觀測內(nèi)容進行描述，規(guī)定了觀測設備主要性能指標、電源供電要求、供電安全性、遠程智能監(jiān)控管理和異常告警等[6-8]。

觀測方法、觀測內(nèi)容以及觀測流程是根據(jù)地面大氣電場觀測設備的原理提出的，同時，結合實際業(yè)務對地面大氣電場觀測數(shù)據(jù)的實際需求，保障觀測數(shù)據(jù)有效。在觀測比對試驗的基礎上，征求了相關領域多位專家的意見，保障標準條文內(nèi)容符合業(yè)務發(fā)展需求。

2.2 場地和安裝

場地選擇主要規(guī)定了安裝場地的選擇情況，針對空曠范圍給出了安裝點和最近遮擋物的距離的指標要求，考慮到安裝環(huán)境對觀測設備的干擾，對觀測設備數(shù)據(jù)有影響的不宜安裝的安裝場所進行明確。安裝場地應選擇在無遮擋以及周邊無高大物體的室外空曠地帶，應避免在陡坡、洼地等地形安裝，電磁環(huán)境干擾嚴重、局地性霧、煙等大氣污染嚴重的場所避免安裝，同時鄰近有叢林、鐵路、工礦、高（低）壓線路對監(jiān)測數(shù)據(jù)的場所有也不宜安裝。

安裝要求主要規(guī)定了觀測設備安裝的穩(wěn)固性，探頭感應面離地高度1.5m，對觀測設備防雷措施和獨立安裝的觀測設備的圍欄材質和尺寸作了規(guī)定，對安裝在屋面的觀測設備，安裝高度對數(shù)據(jù)的影響進行了模擬。

通過現(xiàn)場實驗，不同的探頭感應面離地高度對監(jiān)測數(shù)據(jù)有一定的影響，本標準編制組在江蘇無錫采用0.5m、1.0m和1.5m3個探頭感應面離地高度開展對比試驗，選取同樣的下墊面，在觀測試驗中發(fā)現(xiàn)不同的高度，試驗數(shù)據(jù)差異較大，同時結合生產(chǎn)設備廠家的生產(chǎn)需求，為了保持觀測數(shù)據(jù)的一致性，在標準文本中規(guī)定了探頭感應面離地高度1.5m。標準附錄中，針對建筑物高度對觀測數(shù)據(jù)的影響作了模擬分析，通過軟件模擬了建筑物高度對大氣電場監(jiān)測數(shù)據(jù)畸變的影響，同時給出了修正系數(shù)，模擬給出了一種理想環(huán)境，僅考慮了建筑物高度的影響，未考慮觀測設備周邊干擾的情況，在實際應用中僅提供參考。探頭感應面高度的確定主要是基于觀測數(shù)據(jù)質量和安裝場地選擇順利實施的考慮，充分保障觀測數(shù)據(jù)質量不受外界環(huán)境的影響。圍欄材質和尺寸的要求是為了避免或減少外界環(huán)境對觀測設備數(shù)據(jù)的干擾。

2.3 數(shù)據(jù)記錄傳輸

數(shù)據(jù)記錄結合地面觀測規(guī)范制定[9]，主要對數(shù)據(jù)記錄、大氣電場數(shù)據(jù)格式和數(shù)據(jù)要求進行規(guī)定，規(guī)定了數(shù)據(jù)記錄的方式和時間，數(shù)據(jù)格式規(guī)定了數(shù)據(jù)的基本格式，保障數(shù)據(jù)格式統(tǒng)一性，為大氣電場數(shù)據(jù)的進一步應用提供基礎，數(shù)據(jù)傳輸包括傳送方式、傳輸狀態(tài)管理、傳輸時間、傳輸頻率等，規(guī)定了大氣電場數(shù)據(jù)格式。

2.4 維護與檢測

維護主要包括日常維護、定期檢查和性能檢查。主要規(guī)定了對觀測設備的日常維護以及安裝后進行定期維護，規(guī)定了不同環(huán)境下的運行維護時間，針對觀測設備及性能的檢查維護項目等。

3 主要技術內(nèi)容解讀

3.1 觀測設備通用性

觀測設備的主要性能指標參照了行業(yè)標準[10]中關于設備的要求指標，且征求不同生產(chǎn)設備廠家的意見，文本中的設備性能指標滿足設備的通用要求。電源供電主要根據(jù)調研情況確定兩種電源供電方式，觀測設備安全性能符合GB 4793.1-2007的要求，設備的電源供電方式和要求符合常規(guī)設備的要求，觀測設備的遠程監(jiān)控管理功能和異常告警根據(jù)實際應用中存在的問題進行規(guī)定，遠程監(jiān)控和異常告警功能根據(jù)湖北、黑龍江等省市的實際應用情況，為了保障設備的有效運行，對異常情況及時處理。

3.2 場地和安裝要求

通過多地的調研報告和實際應用情況發(fā)現(xiàn)，觀測設備受安裝環(huán)境影響很大，導致地面大氣電場觀測數(shù)據(jù)受環(huán)境干擾影響較大，不利的安裝環(huán)境易產(chǎn)生電場畸變，導致監(jiān)測數(shù)據(jù)質量下降，為了保障地面大氣電場監(jiān)測數(shù)據(jù)質量，結合實際應用情況，結合觀測設備安裝環(huán)境的可操作性，在實際應用中，如果無法避免不利的安裝環(huán)境，觀測設備廠家應該對設備的觀測數(shù)據(jù)進行訂正，保障數(shù)據(jù)可靠。大氣電場觀測設備的應用領域很廣，不同行業(yè)和不同場所均有需求，高大建筑物及樹木等會對地面大氣電場強度產(chǎn)生影響，因此在保障一定的空曠度環(huán)境下，規(guī)定觀測設備各安裝點與周邊最近遮擋物的距離宜大于探頭感應面高度與周圍障礙物高度的高度差2倍，保障觀測數(shù)據(jù)質量的可靠性。

3.3 數(shù)據(jù)存儲與傳輸

通過多省市調研情況來看，現(xiàn)有幾種觀測設備在實際應用中，存在不同廠家觀測設備的觀測數(shù)據(jù)傳輸格式不一致，導致數(shù)據(jù)存儲入庫不兼容，影響觀測數(shù)據(jù)的效益發(fā)揮。本標準中，對數(shù)據(jù)的傳輸和存儲格式作了相關規(guī)定，數(shù)據(jù)格式包含了大氣電場觀測的基本內(nèi)容，目的是為了規(guī)范數(shù)據(jù)傳輸和存儲格式，考慮兼容不同觀測設備廠家的數(shù)據(jù)，最大限度提升觀測數(shù)據(jù)的實際應用價值。

3.4 設備維護

觀測設備需要定期維護和檢測，保障觀測數(shù)據(jù)的質量，包括設備運行狀態(tài)異常和數(shù)據(jù)異常等問題，確定了不同環(huán)境下觀測設備的運維要求和檢測維護項目等內(nèi)容，保障設備的有效運行和數(shù)據(jù)監(jiān)測質量。

4 實施建議

本標準發(fā)布后建議通過相關行業(yè)主管理部門對標準進行宣貫和應用指導，科學引導相關單位有效應用，確保該防雷技術應用安全有效。本文件發(fā)布后，預期將獲得以下效益：該標準為雷電監(jiān)測網(wǎng)和臨近預警預報技術開辟一條全新的應用途徑，保障了大氣電場的運行穩(wěn)定，深受用戶好評，為公眾提供及時的雷電預警預報，便于公眾掌握天氣變化，防范雷電災害，做好防護措施。隨著國務院安全生產(chǎn)委員會、國家應急管理部和各省應急廳等文件的陸續(xù)出臺，對大型油氣儲存基地和?；瘓鏊睦纂婎A警系統(tǒng)配備應用的要求升級，未來，預警系統(tǒng)將得到更廣泛應用，切實保障我國危險化工與能源基地的安全生產(chǎn)。該標準為拓展安全保障服務思路和領域提供支撐，有利于最大限度地減少災害造成的人員傷亡和財產(chǎn)損失，減少受災人口，為防雷安全管理方面提供支撐，有利于社會穩(wěn)定，保證社會正常的生產(chǎn)和生活活動，從而促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展。為充分發(fā)揮標準的作用，下一步工作中應重視標準的宣貫工作。本標準是推薦性標準，宣貫是標準實施的首要工作。起草單位將聯(lián)合大氣電場觀測設備廠家和相關應用單位等進行宣傳、貫徹和應用指導。

參考文獻

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