氣象信息系統(tǒng)雷電防護(hù)現(xiàn)狀及處理措施

高志筠

本文發(fā)表于《科技新時代》2025年第16期

摘要：氣象信息系統(tǒng)作為電子信息系統(tǒng)的重要組成部分，其高集成度和敏感性對雷電防護(hù)提出了極高要求。雷電不僅可能直接擊中設(shè)備，還會通過電磁感應(yīng)、雷電波侵入等方式造成損害。當(dāng)前氣象信息系統(tǒng)雷電防護(hù)存在接地系統(tǒng)缺陷、防護(hù)措施不統(tǒng)一等問題。為保障系統(tǒng)安全，需加強(qiáng)浪涌保護(hù)、等電位連接、接地等防護(hù)措施，并推動防雷技術(shù)的創(chuàng)新與規(guī)范，以提升氣象信息系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

引 言

隨著氣象信息系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中的關(guān)鍵作用日益凸顯，其高精度電子設(shè)備對雷電電磁脈沖極為敏感，雷電災(zāi)害已成為威脅系統(tǒng)可靠運(yùn)行的主要因素之一。當(dāng)前，氣象信息系統(tǒng)的雷電防護(hù)雖已建立基本框架，但仍存在防護(hù)措施不全面、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)滯后及地網(wǎng)設(shè)計(jì)不合理等問題，導(dǎo)致設(shè)備雷擊損壞和數(shù)據(jù)傳輸中斷的風(fēng)險較高。因此，深入分析現(xiàn)有雷電防護(hù)體系的薄弱環(huán)節(jié)，并針對性地完善綜合防護(hù)策略，對于提升氣象業(yè)務(wù)連續(xù)性和數(shù)據(jù)安全性具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。本文旨在探討氣象信息系統(tǒng)雷電防護(hù)的現(xiàn)狀，并提出有效的處理措施。

1 氣象信息系統(tǒng)雷電防護(hù)現(xiàn)狀

1.1 直擊雷防護(hù)基礎(chǔ)已具備但仍存隱患

目前絕大多數(shù)氣象臺站均已按照規(guī)范安裝了避雷針、避雷帶等直擊雷防護(hù)設(shè)施，為建筑本體提供了基礎(chǔ)保護(hù)。然而隱患依然突出，部分早期建成的臺站其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)未能預(yù)見今日設(shè)備的高度精密化，引下線布置或接地電阻可能已不滿足最新要求。更普遍的問題在于，隨著業(yè)務(wù)擴(kuò)展，臺站內(nèi)新增了大量室外觀測傳感器如自動站風(fēng)桿、雷達(dá)天線以及各類通信天線，這些設(shè)施的直擊雷防護(hù)未能被系統(tǒng)地納入整體規(guī)劃，形成了防護(hù)空白點(diǎn)。此外，接地裝置因長期埋于地下，受土壤腐蝕、地質(zhì)變動及氣候變化影響，其接地電阻值可能悄然升高，若缺乏定期檢測與維護(hù)，會使整個直擊雷防護(hù)系統(tǒng)的有效性大打折扣，雷電流無法被迅速泄放入地反而會加劇感應(yīng)雷害的風(fēng)險。

1.2 雷電電磁脈沖（LEMP）防護(hù)薄弱且系統(tǒng)性不足

氣象信息系統(tǒng)核心機(jī)房的服務(wù)器、交換機(jī)和數(shù)據(jù)采集器等微電子設(shè)備對雷電感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓極為敏感。當(dāng)前許多臺站雖配備了電涌保護(hù)器，但普遍存在安裝與應(yīng)用不匹配的問題。整個防護(hù)體系缺乏精細(xì)化的層級設(shè)計(jì)和能量協(xié)調(diào)，各級電涌保護(hù)器之間未能實(shí)現(xiàn)有效配合，導(dǎo)致鉗位殘壓過高或保護(hù)器本身因承受不住能量而損壞。信號線路的防護(hù)更是薄弱環(huán)節(jié)，大量來自室外傳感器的數(shù)據(jù)線、信號線在入戶端未安裝或未正確安裝對應(yīng)的信號電涌保護(hù)器，雷電過電壓極易沿這些線路侵入并燒毀后端貴重設(shè)備。這種缺乏系統(tǒng)性的防護(hù)模式使得投資不菲的電涌保護(hù)裝置未能形成一道連貫的防線，LEMP依然是導(dǎo)致設(shè)備損壞和數(shù)據(jù)中斷的首要原因。

1.3 接地系統(tǒng)缺陷成為防護(hù)效能的關(guān)鍵瓶頸

良好的接地是所有雷電防護(hù)措施有效發(fā)揮作用的共同基礎(chǔ)，但現(xiàn)狀卻常常于此環(huán)節(jié)出現(xiàn)瓶頸。許多臺站存在多個接地系統(tǒng)未能實(shí)現(xiàn)等電位連接的問題，例如建筑防雷地、電氣工作地、信息系統(tǒng)邏輯地各自獨(dú)立，在雷擊發(fā)生時不同接地系統(tǒng)間存在的高電位差會產(chǎn)生劇烈反擊電流，直接損壞設(shè)備。此外，受限于當(dāng)?shù)赝寥离娮杪蔬^高或建設(shè)時預(yù)算制約，接地網(wǎng)的網(wǎng)格尺寸和埋深可能不達(dá)標(biāo)，難以獲得并保持長期穩(wěn)定的低接地電阻。土壤腐蝕也會逐步侵蝕接地體，導(dǎo)致接地電阻逐年增大。這樣一個存在缺陷的接地系統(tǒng)如同一個不牢固的地基，使得建立在它之上的所有防雷措施效果大打折扣甚至完全失效。

1.4 防護(hù)管理維護(hù)滯后且缺乏系統(tǒng)性檢測

雷電防護(hù)并非一勞永逸的工程，而是一個需要持續(xù)維護(hù)管理的動態(tài)過程，而這正是當(dāng)前最普遍的短板。許多單位存在重建設(shè)、輕管理的傾向，防雷設(shè)施一旦安裝便很少再進(jìn)行日常巡檢、維護(hù)和周期性檢測。電涌保護(hù)器在經(jīng)過一次或數(shù)次雷擊泄流后其性能會衰退甚至失效，若不及時更換則形同虛設(shè)。接地電阻的值也需要定期測量以確認(rèn)其符合規(guī)范。由于缺乏系統(tǒng)性的檢測計(jì)劃和專業(yè)的技術(shù)人員，這些隱性問題和性能劣化難以及時發(fā)現(xiàn)，使得整個防護(hù)體系在關(guān)鍵時刻可能無法發(fā)揮作用。同時，業(yè)務(wù)系統(tǒng)的更新?lián)Q代時常忽略同步升級相應(yīng)的雷電防護(hù)措施，新設(shè)備與舊防護(hù)之間的不匹配引入了新的風(fēng)險點(diǎn)，管理上的脫節(jié)使得技術(shù)防護(hù)措施的效能無法得到保障。

2 氣象信息系統(tǒng)雷電防護(hù)處理措施

2.1 多級防護(hù)原則與綜合防護(hù)

氣象信息系統(tǒng)需遵循多級防護(hù)原則，從雷電入侵的不同路徑構(gòu)建全方位防護(hù)體系。在外部防護(hù)層面，針對直擊雷，通過設(shè)置接閃裝置攔截雷電，避免其直接擊中氣象觀測設(shè)備與機(jī)房建筑；同時優(yōu)化接地系統(tǒng)，確保雷電電流能安全導(dǎo)入大地，減少對周邊設(shè)備的影響。在內(nèi)部防護(hù)層面，針對感應(yīng)雷與雷電電磁脈沖，在電源線路、信號線路的不同節(jié)點(diǎn)設(shè)置防護(hù)裝置，逐步削弱雷電能量，防止其沿線路侵入核心設(shè)備。此外，還需結(jié)合屏蔽措施，對機(jī)房空間、關(guān)鍵設(shè)備外殼及線路進(jìn)行屏蔽處理，減少雷電電磁輻射對系統(tǒng)的干擾，形成“外部攔截-內(nèi)部削弱-全面屏蔽”的綜合防護(hù)格局，覆蓋雷電危害的各個環(huán)節(jié)。

2.2 定期檢測與維護(hù)

建立常態(tài)化的防雷檢測與維護(hù)機(jī)制，是保障氣象信息系統(tǒng)防護(hù)效果的關(guān)鍵。檢測工作需覆蓋整個防護(hù)系統(tǒng)，包括外部的接閃裝置、引下線與接地系統(tǒng)，檢查是否存在部件銹蝕、連接松動、破損等情況，確保電流傳導(dǎo)路徑暢通；對于內(nèi)部的防護(hù)裝置，需檢查其安裝狀態(tài)是否完好，是否出現(xiàn)老化、失效跡象，同時測試防護(hù)裝置的響應(yīng)性能，確保其在雷電發(fā)生時能正常動作。維護(hù)方面，需根據(jù)檢測結(jié)果及時處理問題，如更換老化部件、加固松動連接、修復(fù)破損結(jié)構(gòu)；同時建立維護(hù)檔案，記錄每次檢測維護(hù)的內(nèi)容、發(fā)現(xiàn)的問題及處理結(jié)果，便于追溯防護(hù)系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)，提前預(yù)判潛在風(fēng)險，避免因防護(hù)裝置失效導(dǎo)致系統(tǒng)遭受雷擊損害。

2.3 電子信息系統(tǒng)防護(hù)

氣象信息系統(tǒng)中的電子信息設(shè)備，如數(shù)據(jù)采集器、服務(wù)器、通信模塊等，抗干擾能力較弱，需針對性強(qiáng)化防護(hù)。首先，優(yōu)化電子設(shè)備的布局，將核心設(shè)備集中放置在機(jī)房內(nèi)，遠(yuǎn)離窗戶、外墻等易受雷電影響的區(qū)域，減少直接暴露風(fēng)險；其次，對連接電子設(shè)備的電源線路與信號線路進(jìn)行整理，采用隔離、絕緣措施，避免線路之間的干擾，同時在設(shè)備接口處加裝適配的防護(hù)器件，阻擋雷電脈沖侵入設(shè)備內(nèi)部電路。此外，還需為電子設(shè)備配備穩(wěn)壓、濾波裝置，穩(wěn)定供電電壓，過濾電網(wǎng)中的雜波干擾，降低雷電間接影響導(dǎo)致設(shè)備故障的概率；對于重要數(shù)據(jù)，需建立實(shí)時備份機(jī)制，防止雷電導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，保障電子信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行與數(shù)據(jù)安全。

2.4 專業(yè)人員與規(guī)范操作

防雷工作的專業(yè)性較強(qiáng)，需依賴專業(yè)人員與規(guī)范操作確保防護(hù)措施落地生效。在人員配置上，需配備具備防雷專業(yè)知識與實(shí)操經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，負(fù)責(zé)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、安裝、檢測與維護(hù)工作，同時定期組織培訓(xùn)，更新人員的防雷知識體系，使其熟悉最新的防護(hù)技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)要求。在操作規(guī)范方面，制定詳細(xì)的防雷工作流程，從防護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)階段開始，嚴(yán)格遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)規(guī)范，確保設(shè)計(jì)方案科學(xué)合理；安裝階段需按照規(guī)范流程施工，避免因操作不當(dāng)導(dǎo)致防護(hù)系統(tǒng)存在隱患；檢測維護(hù)階段需依據(jù)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)開展工作，確保檢測結(jié)果準(zhǔn)確、維護(hù)措施到位。同時，建立責(zé)任制度，明確各環(huán)節(jié)人員的職責(zé)，避免因操作不規(guī)范、責(zé)任不明確導(dǎo)致防雷工作出現(xiàn)疏漏，保障整個防護(hù)體系的可靠性。

3 結(jié)語

綜上所述，在全球氣候多變、極端天氣頻發(fā)的當(dāng)下，雷電作為常見且具強(qiáng)大破壞力的自然現(xiàn)象，對氣象信息系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)峻威脅。從現(xiàn)狀來看，接地系統(tǒng)缺陷、雷電防護(hù)管理維護(hù)滯后等問題，嚴(yán)重制約著氣象信息系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。而多級防護(hù)與綜合防護(hù)體系的構(gòu)建、定期檢測維護(hù)機(jī)制的落實(shí)、電子信息系統(tǒng)防護(hù)的強(qiáng)化，以及專業(yè)人員與規(guī)范操作的推進(jìn)，為解決上述困境提供了可行路徑。未來，應(yīng)持續(xù)深化這些防護(hù)措施，結(jié)合前沿技術(shù)創(chuàng)新防護(hù)手段，以保障氣象信息系統(tǒng)安全，為氣象事業(yè)穩(wěn)健發(fā)展筑牢根基。