劉鴻斌 王劍武 胡爽 查懷華 胡俊

摘?要：本文是以《企業(yè)防雷系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)》課題為依據(jù)，通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數(shù)，根據(jù)建筑物區(qū)域分布，利用精密儀器和大數(shù)據(jù)的分析處理，主要研究實驗企業(yè)可能受雷擊的風(fēng)險評估，利用監(jiān)測程序制錄入數(shù)據(jù)，程序采用了SpringMvc+Mysql+Flink的技術(shù)體系搭建，通過Http接口接收設(shè)備發(fā)出的雷擊信號請求，并完成雷擊數(shù)據(jù)的入Mysql庫。多維度采集的信息，上報設(shè)備ID、發(fā)生時間、雷擊強度等。數(shù)據(jù)除了存儲到Mysql以外，同時會雙寫錄入到Elasticsearch，實現(xiàn)基于SQL的查詢和全文基于內(nèi)容的搜索。Flink系統(tǒng)運行SQL作業(yè)，應(yīng)用風(fēng)險算法模型，分析數(shù)據(jù)流，得到風(fēng)險級別，通過年度數(shù)據(jù)的分析，給出防雷站點合理性參數(shù)，加強區(qū)域性防雷設(shè)施維護，確保精細化儀器以及重點區(qū)的雷電防護，提高防雷維保的重要性和完整性。

關(guān)鍵詞：風(fēng)險評估;防雷裝置;雷電防護;維護

參照江蘇省氣象部門雷電資料，結(jié)合淮安市氣象監(jiān)測站50年雷暴日統(tǒng)計，淮安市平均雷暴的天數(shù)值為37.8，淮陰卷煙廠自投運以來，建筑設(shè)備系統(tǒng)都不同程度地受到雷擊影響。有部分設(shè)備被雷電損壞，喪失運作功能，重者全系統(tǒng)癱瘓，企業(yè)經(jīng)濟損失慘重，給安全財產(chǎn)帶來隱患，淮陰卷煙廠創(chuàng)建于1945年，現(xiàn)擁有員工2400名，占地426.96畝，擁有固定資產(chǎn)原值11億元，年生產(chǎn)能力60萬箱，為國家大型企業(yè)，全國煙草行業(yè)36戶重點企業(yè)之一，是江蘇中煙工業(yè)公司重要組成部分，更突顯防雷設(shè)施維保的重要性，本課題通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數(shù)，分析各種環(huán)境入手，為防雷維保系統(tǒng)構(gòu)建選擇提供思路，利用精密儀器和大數(shù)據(jù)的分析處理，研究該廠可能受雷擊的風(fēng)險評估，給出該站點代表合理性參數(shù)，綜合運用各種防雷技術(shù)和手段，加強區(qū)域性防雷設(shè)施維護，增加精細化儀器保護，形成一個綜合性的防雷系統(tǒng)，達到預(yù)計的雷電防護效果，以此提高雷電維保的重要性和完整性。

一、淮陰卷煙廠現(xiàn)有的防雷現(xiàn)狀

淮陰卷煙廠位于城區(qū)開闊地帶并且面積較廣，易受雷擊影響;廠區(qū)建筑安裝有雷電外部防護，接地地網(wǎng)及雷電內(nèi)部防護，但部分樓頂避雷帶倒伏，銹蝕嚴重;淮陰卷煙廠廠區(qū)的計算機網(wǎng)絡(luò)、內(nèi)控系統(tǒng)，在引入通信線路過程中有些通過戶外明線引入的，線路電線雜，承重處連接在金屬構(gòu)件上，隱患很大，在引入配電接口過程中未安裝專用的信息信號浪涌保護器（SPD）做雷電防護;淮陰卷煙廠廠內(nèi)的工作用電線路是由交流供電線路安裝，從遠至近架空明線到煙廠廠區(qū)附近，再通過地埋引入廠區(qū)各建筑內(nèi)，因淮陰卷煙廠地理位置處于空曠區(qū)，理論上容易受到雷電感應(yīng)電磁脈沖的攻擊。

淮陰卷煙廠在2020年市防雷技術(shù)專家現(xiàn)場勘查后認為，淮陰卷煙廠的廠房直擊雷防護設(shè)施和防雷接地措施較為良好，但部分廠區(qū)內(nèi)施工車間樓頂避雷帶倒伏，銹蝕嚴重，雷電感應(yīng)防護措施和防雷電電磁脈沖措施連接不完全到位。

通過現(xiàn)場勘察，檢測數(shù)據(jù)等情況綜合總結(jié)，淮陰卷煙廠雷擊防范意識略微欠缺，廠區(qū)生產(chǎn)車間、庫房、信息通信中心在雷電天氣下工作運行，環(huán)境風(fēng)險較高安全隱患較大，這種情況說明淮陰卷煙廠需要采取強有力的雷電維保措施。課題組通過勘察，走訪調(diào)研，并充分與用戶溝通，在符合國家有關(guān)防雷規(guī)范的前提下，為該提供防雷的硬件設(shè)計與軟件開發(fā)。

二、防雷系統(tǒng)的硬件布置與軟件與開發(fā)

（一）硬件

在廠內(nèi)安裝雷電計數(shù)器，雷電計數(shù)器配有電流互感器。安裝使用時（如圖1），把電流互感器芯套入防雷器的PE線上，互感器次數(shù)線圈的兩根線引安裝于需要泄放雷電流的防雷模塊，如防雷器的接地線上入雷電計數(shù)器的1、2接線柱，牢固連接，雷電流計數(shù)器有六個接線柱，L、N兩個接線柱接交流電源線，為計數(shù)器提供充電電源，在LED數(shù)碼管上按下顯示開關(guān)，即可顯示泄放雷電流次數(shù)，計數(shù)器T、R端子可以外接NPX01-TTL數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換模塊，配合上位機軟件在控制室對各計數(shù)器記錄情況進行查看。

（二）系統(tǒng)軟件開發(fā)

課題研究團隊開發(fā)了閃電計數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)程序，該程序采用了SpringMvc+Mysql+Flink的技術(shù)體系搭建，這套體系的優(yōu)勢是技術(shù)開源，成熟度較高，安全可靠。SringMvc作為服務(wù)層框架，用來實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、入庫、分析、查詢、展示等功能邏輯。Mysql作為數(shù)據(jù)庫，用來存儲設(shè)備、雷擊信號、報警記錄等數(shù)據(jù)。Spark用來實時運行監(jiān)控算法模型。程序主體包括3個模塊：設(shè)備模塊、數(shù)據(jù)模塊、告警模塊。

設(shè)備模塊提供Http管理接口及管理后臺頁面，實現(xiàn)對設(shè)備增、刪、改、查等功能。同時模塊提供了探活Http接口，要求設(shè)備定時通過接口上報設(shè)備健康狀態(tài)，從而實現(xiàn)對設(shè)備工作狀態(tài)的記錄和監(jiān)控，能夠及時發(fā)現(xiàn)故障設(shè)備并進行修復(fù)或替換。

數(shù)據(jù)模塊，通過Http接口接收設(shè)備發(fā)出的雷擊信號請求，并完成雷擊數(shù)據(jù)的入Mysql庫。采集的信息維度，主要有：上報設(shè)備ID，發(fā)生時間，雷擊強度等。同時提供數(shù)據(jù)查詢接口，用于管理后臺搜索查詢相關(guān)數(shù)據(jù)記錄。數(shù)據(jù)除了存儲到Mysql以外，同時會雙寫錄入到Elasticsearch。Elasticsearch是一個基于Lucene的實時分布式的搜索與分析引擎，提供了包括全文搜索、日志分析、運維監(jiān)控、安全分析等功能，補充了單一Mysql存儲在大數(shù)據(jù)管理、分析領(lǐng)域的不足。

告警模塊是一個實時數(shù)據(jù)流處理子系統(tǒng)，采用了Flink框架，來實現(xiàn)雷擊信號數(shù)據(jù)實時處理。首先在數(shù)據(jù)模塊，會將設(shè)備上報的每條雷擊數(shù)據(jù)，同步送入到Flink系統(tǒng)。Flink系統(tǒng)運行sql作業(yè)，使用風(fēng)險算法模型，分析數(shù)據(jù)流，得到風(fēng)險級別。我們把風(fēng)險級別分類為無、低、中、高四種類型，分別給到不同形式和范圍的告警處理。比如低危采取“少數(shù)值班人+短信通知”，高危升級為“全員+電話通知”，實現(xiàn)了靈活的告警通知機制。

（三）系統(tǒng)運行情況

通過閃電定位儀采集淮安雷擊方位次數(shù)的顯示，8月1日江蘇省大范圍的雷暴天氣，高空切變，后轉(zhuǎn)偏北氣流，降溫，加之副熱帶高壓位勢低未大幅度南退所致?；窗驳睦妆┨鞖?，是由于江蘇省高空原偏北氣流切變，副熱帶高壓增強北移，脊線由27°N北移30°N造成的。8月1日淮安有明顯雷擊，淮陰卷煙廠經(jīng)度119°14′48″，緯度33°23′47″屬于雷擊區(qū)域內(nèi)。經(jīng)第二天查驗，電壓傳感器，無線收發(fā)器電性連接的處理器連接警報裝置和顯示屏，受到泄放雷電流時壓力傳感器的檢測變化，所有檢測的量數(shù)據(jù)全部通過無線發(fā)射器發(fā)送到監(jiān)控室，無線收發(fā)器吧檢測到的數(shù)據(jù)顯示到電腦顯示屏上，雷擊警示燈不停閃爍，警報提醒程序運轉(zhuǎn)，提醒工作人員檢查機器設(shè)備，提前排除故障，廠內(nèi)安裝雷電計數(shù)器數(shù)字顯示泄放雷電流次數(shù)為2次，閃電計數(shù)監(jiān)測系統(tǒng)程序警示燈亮2次。

三、數(shù)據(jù)分析與提出的維護建議

從以上幾個實驗數(shù)據(jù)不難發(fā)現(xiàn)，從雷擊災(zāi)害防護方面來看，淮陰卷煙廠系統(tǒng)運行一般都實在“高雷擊”風(fēng)險環(huán)境下，即對于雷電災(zāi)害風(fēng)險的“遭遇程度”很高，因此需要采取科學(xué)，有力的維保措施。根據(jù)IEC61312《雷電電磁脈沖的防護》，GB50057-94《建筑物防雷設(shè)計規(guī)范》標(biāo)準(zhǔn)，提出一下幾個建議。

（一）管理存檔制度

由熟練掌握雷擊防護知識，技術(shù)的人員負責(zé)管理。廠區(qū)內(nèi)所有建筑防雷裝置投入使用后，建立防雷裝置管理制度，廠區(qū)內(nèi)安裝的避雷器應(yīng)由具有設(shè)計施工資質(zhì)的單位施工，對防雷裝置的設(shè)計、平面等工程圖紙避雷產(chǎn)品合格證，測試報告資料做好存檔。

（二）廠區(qū)防雷裝置的日常維護

1.定期維護和日常檢查

負責(zé)人員在雷雨季節(jié)到來之前，應(yīng)對廠區(qū)建筑物防雷裝置進行一次全面檢測，做好阻值記錄，如發(fā)現(xiàn)有銹蝕、倒伏等現(xiàn)象做好記錄，維護需在雷電天氣之后的晴天進行。

2.防雷裝置檢查注意事項和裝置維護項目

（1）目測廠區(qū)建筑物外部防雷裝置有無脫焊、倒伏，特別是在裝置連接處容易銹蝕，應(yīng)去除表面銹跡在進行阻值測量。

（2）廠區(qū)內(nèi)接地裝置的電阻值如果超出規(guī)定值，應(yīng)檢查檢測儀器電量，設(shè)備接地裝置和土壤濕度條件，找出超出規(guī)定值得原因，采取有效的整改措施。

（3）目測檢查廠區(qū)內(nèi)配電浪涌保護器的運行情況：有無表面損壞，接地線脫落，過電流焦印記，接觸不良等。如發(fā)現(xiàn)故障，檢查人員應(yīng)及時排除或更換并做好工作記錄。廠區(qū)內(nèi)所有電源線路應(yīng)采取II級雷電防護，信息中心機房信號線路至少采取I級雷電防護才能達到雷電防護的要求。

參考文獻：

[1]袁金水.建筑電氣設(shè)備防雷接地裝置的運行維護探討[J].建筑工程技術(shù)與設(shè)計，2018.

[2]張建成.電氣設(shè)備防雷裝置防雷檢測及運行維護[J].科技資訊，2016.

基金項目：2019年淮安市氣象科研項目“淮陰卷煙廠雷電維保設(shè)計研究”（201902）

作者簡介：劉鴻斌（1977—?），男，漢族，江蘇淮安人，本科，工程師，研究方向：大氣科學(xué)、防雷技術(shù)應(yīng)用。