温故知新 | 雷电定位探测系统发展使用状况

经过二十多年的发展，我国的雷电探测和预警技术已经取得了相当大的成就，在各领域的应用也十分广泛，为防灾减灾工作提供了重要的技术保障。目前，我国在雷电探测、雷电预警预报方面的需求也很强劲，前不久，德国Nowcast公司（研发高精度雷电数据采集系统的专业公司）前来与华北空管局气象中心交流，谋求在雷电探测与数据服务方面的合作。本文发表在《中国防雷》2004.6，从中可以回顾我国雷电探测技术的发展历程。

雷电探测定位系统LLS（Lightning Locating System）是一种大面积、全自动、实时性雷电监测网。该系统采用GIS（地理信息系统）、GPS（全球卫星定位系统）和RS（遥测系统）等先进的现代技术，自动实时遥测雷击发生的时间、地点、雷电流幅值、极性和回击次数等雷电特征参数，对迅速查找雷击故障点、雷暴预警、优化调度、保证系统安全运行以及进行雷电观测、掌握雷电活动规律有着重要意义。雷电探测定位系统已广泛应用于电力、减灾防灾、航天航空、保险理陪等行业，特别是全球电力系统的广泛采用，极大地推动和提高了雷电定位系统定位精度和探测效率。本文主要介绍国内外雷电定位探测系统的发展、使用状况。

1 雷电定位探测系统的发展状况

20世纪70年代末期，由于航天工程的发展需要，美国科学家Uman和Kride教授首次提出并实现了现代雷电监测技术，他们采用单片机技术，成功地将原双阴极示波器闪电探测仪改造为智能化的磁方向闪电定位系统，有效地提高了雷电的测角精度。1980年代初，云地闪波形鉴别技术的出现和应用，使云地闪探测效率达90%以上。此后，世界上各发达国家和地区都开始布设雷电监测定位网。进入90年代，由于GPS技术的使用，雷电监测在测向系统的基础上增加GPS时钟，形成时差测向混合系统，同时采用数字波形处理技术(DSP)，对波形作相关性分析、定位处理，使雷电定位精度和探测效率都有明显提高。

单个雷电定位站只能探测雷暴的方向、大致位置、频度，它定位误差大、强度无法确定，一般只用于雷暴活动的预警。现在多采用多站法雷电定位系统，它定位精度高、探测参量多，但设备复杂，需要通信网、中心数据处理站。根据接收雷电信号的频段差异，多站法雷电定位系统分为甚低频、甚高频两类。甚低频雷电监测定位系统（低于1MHZ）主要测量云地闪电回击过程辐射的电磁场，对回击过程进行定位。甚高频雷电监测定位系统测量闪电每一个放电过程所辐射的甚高频电场，可对闪电位置进行精确定位。

2 雷电定位探测系统在我国的发展使用情况

我国是在20世纪80年代末期由原广西电力工业局、原水电部武汉高压研究所（简称武高所，下同）和中科院北京空间中心分别从美国引进了雷电定向定位系统设备。与此同时，中科院、武高所、上海交大、中国电波传播研究所（简称二十二所，下同）等单位开始了自主研发之路，着手雷电探测定位系统的探究。1991年初安装在浙江电网雷电定向定位4站系统是国内最早生产的实验性系统，它是由上海交大和武高所各自研发样机组成的合成系统；1993年武高所推出了第一套产品化系统在安徽省电网投运。经过10多年对雷电定位系统的研究、开发和推广应用，我国已成为了继美国后唯一拥有该领域自主知识产权的国家。至2004年底，我国已有22个省级电力公司建立了雷电定位监测系统（见图1），华北、华东和华中电网雷电定位监测系统己分别实现了联网。

图1 中国电网中雷电定位监测系统分布图

目前世界上掌握该项技术并能提供成套设备的只有美国和中国。就技术水准而言，从已公开发表的数据对比，我国生产的雷电定位系统运行数据与美国系统火箭引雷实验数据是相当的，定位精度达到650m,探测效率为90%。其系统定位原理均采用时差和定向综合定位技术。

雷电监测定位系统经过数年的运行，已逐步发展成为一种为电力系统安全生产服务的有效工具，它在电力系统的主要用途是：1) 快速定位雷击故障点。与传统手段相比，雷电定位监测系统能在秒级时间内就定位雷击故障杆塔或雷击点，极大地提高了巡线工人劳动生产率。系统能在雷击跳闸时，通过定位落雷位置，协助查线，快速排除故障。如1997年7月1日6时39分，广东500 kV惠增线（惠州—增城）故障跳闸，显示6：39：50时，91#—94#耐张段有雷击发生，该雷击点地理坐标为22：50：44，114：12：47，广州供电局据此诊断意见，迅速查出93#及94#杆塔C相绝缘子雷击闪络。雷电定位系统测得的雷击定位点与93#、94#杆塔的距离分别是0.1km和0.6km（如图2）。2)雷电参数统计。雷电参数、雷电曰、雷电小时、雷电数、地面落雷密度、雷电流幅值等都是防雷设计的基础，雷电监测定位系统能全自动、大面积、高精度、实时雷电监测，实时显示云对地雷击的发生时间、位置、雷电流幅值和极性、回击次数以及每次回击的参数，雷击点的分时彩色图能清晰的显示雷暴的运动轨迹，从而为准确预报和防范雷击奠定了基础。

武高所研制的雷电定位监测系统主要应用于电力行业，目前已遍及我国18个省。在国家电网公司领导下，武高所正积极开展雷电定位监测系统全国联网工作，以满足西电东送及大区电网联网需求。

图2 雷击故障点快速查找实例

我国气象部门历来对防雷工作非常重视，使得雷电定位系统在该行业得以推广应用。1999年，中国气象局监测网络司邀请美国GAI公司介绍了雷电定位技术在气象领域的应用，开始了全国范围内的系统部署和技术跟踪。2003年，由中国华云技术开发公司和北京蓝湖空间科技发展中心联合研制的“LD—Ⅱ”型雷电定位系统通过了中国气象局组织的定型评审。该系统主要采用时差法兼顾测向法，对雷电进行定位，测量云地闪频次、极性、放电的电流强度、位置、时间以及部分云闪的拼刺等参量，准确地提供雷电发生、发展等监测信息，用于对大范围雷电进行实时、自动监测，各项性能指标能满足对雷电信息监测的需要，是国内率先通过气象行业定性的雷电定位产品，现已组织批量生产。

2004年，气象部门开始了全国范围内的“雷电监测预警网”的建设，这项分两个阶段执行的工程将在2005年前实现雷电的“精确预警”，可提前半小时至两小时了解到雷电即将发生的地带、测算出其强度和影响范围；之后，气象台将根据掌握的资料，像发布台风预报那样及时向社会发布，提醒市民避雷。

中国科学院空间科学与应用研究中心研制的ADTD型高精度雷击探测仪主要用来监测云地闪电，并能区分正负极性，由该仪器构建的雷电监测定位站是气象部门雷电监测定位网的一部分。该系统可以在多普勒雷达发现云图前半个小时探测到闪电的发生，提前知道云层位置，有利于做好各种气象预报的准备。

雷电定位系统在军事上也得到重视，二十二研究所从1986年开始研制XDD01型单站雷电探测设备，1991年通过总参气象局定型鉴定。1992年研制XDD03型多站雷电探测系统，采用方位汇交技术进行雷电多站定位，1996年通过总参气象局定型鉴定。1997年又研制XDD03型的改进型——XDD03A型雷电探测系统，采用方位汇交和时差综合定位技术，可以实时监测空中雷电的生成、发展和消失的全过程，对雷电进行准确的定位跟踪，在此基础上还可以对雷电的发展提供一定的预警能力。XDD03A型雷电探测系统2004年通过国家气象局监测网络司的定型鉴定。

二十二研究所生产的雷电探测系统除军用外，还广泛地在民用系统采用，在气象预报、人工影响天气、增雨、防雹等领域发挥了积极作用。在大庆和胜利油田，雷电探测系统帮助电网提高了防护能力，减少了线路由于雷击造成的损失；2002年因为雷击内蒙古森林发生大火，给国家造成了重大损失。经国家批准，林业部和中国气象局共同开发大兴安岭北部林区雷电监测定位及雷击火灾预警服务系统，内蒙古呼伦贝尔气象局承担了该项目中闪电定位系统的布点建设和部分资料建设开发工作。

近日，呼伦贝尔市气象局已开始启动资料建设开发建库工作。此原始火情数据资料库的建设是整个系统开发建设的基础，资料年头长、数据量大、相应的录入量也很繁重。目前，数据库的建设工作正全面展开，这个库的建成也将弥补市气象局资料建设方面的一个空白。

3 雷电监测定位系统的应用前景

雷电监测定位系统首先在我国电网中迅速推广，除电网安全生产需求外，拥有自己的通信资源和广泛地域性管理是优于其他行业的一个重要的因素。我国电力系统通过10余年的艰苦工作，建成了以行政省域或大区域型雷电定位监测系统，已初步具备了为社会提供所需服务的条件，目前华北电网雷电定位监测系统就具备了为2008北京奥运会提供服务的条件。因此，如何充分发挥雷电定位监测系统为全社会服务、避免完全不必要的重复建设，是摆在当前不应忽视的问题。只要合理利用资源，加强管理和协调，遵照一定的市场行为积极运作，就一定能为我国国民经济建设提供更加广泛的雷电信息服务。