雷电预警系统技术方案　型号：TSS928　品牌：芬兰Vaisala

 

 

一、建议书

本方案是针对小区域（半径55公里范围）内的人员设施的防雷预警提出的解决方案，适用于城市，重要设施如油库、机场、化工场、通讯基站，露天公共场所如体育场、游乐场、高尔夫球场等的防雷预警。系统运行基于对闪电的提前判断、尽早发现，及时告警的原则，在尽量保障正常生产、生活的情况下，将由雷电灾害造的人民生命财产损失的可能性降到*低。

二、雷电预警系统

2.1雷电预警系统简介

本系统由一台TSS928雷电传感器，三台EFM550和一台ALARM工作站组成。TSS928雷电传感器通过探测闪电放电所辐射的磁场、电脉冲和光信号，计算出放电的距离和方向，探测范围内的雷暴进行预警。EFM550大气电场仪通过测量云地之间的大气场强度对周围可能发生的闪电进行监测。ALARM是一台计算机工作站，负责将以上两种传感器获取的信息以地图的方式呈现给用户，用户可以在ALARM上对告警级别，门限和方式进行设置，实现雷电预警、人员撤离、设备防护的目的。下面将就系统中的硬件设备和软件的主要功能进行逐一说明。

2.2雷电传感器

TSS928型雷电传感器内置环形天线和光传感器能捕捉到闪电释放出的磁场、电脉冲和光信号，经过逻辑电路的判断（是否为闪电或干扰信号），识别（云闪或地闪），计算（方位和范围）从而得到闪电信息，是一种经济、可靠的单点全方位雷电探测传感器。由于TSS928本身具有计算处理数据功能，它可独立地与一台个人电脑连接通过I/O口直接实现人机对话以及闪电信息的显示和保存。TSS928通过串口输出ASCII码，也可与自动气象站集成使用。设备的外观如图1所示：

                                                       图1 TSS928设备外观

    TSS928可以探测并区分云地闪和云间闪。它可以探测并估算出发生在56公里半径内云地闪所处的范围。它对云间闪不做定位，只记录次数。TSS928可以探测云地闪的回击。在正常模式下，传感器根据时间和角度将同一个闪电的回击归为一次闪电。每探测到一次闪电，闪电计数器的记录就增加一个。TSS928根据一次闪电距离*近的回击报告闪电的范围。它的云地闪探测效率通常高达90％，并按照距离划分将云地闪为三类，头顶雷，附近雷和外场雷：

头顶雷：0~9公里

附近雷：9~19公里

外场雷：19~56公里

 

除了报告地闪的范围，TSS928还按照8个方位报告地闪的方向：北、东北、东、东南、南、西南、西、西北。

2.3大气电场仪

EFM550大气电场仪通过转动的叶片切割磁力线产生电磁感应，可以实时探测，记录并报告云地之间的电场强度。它通过探测周围大气电场强弱变化来监测在中心位置头顶形成的雷暴，雷暴来临之前当大气电场强度超过一定阀值时设备会自动告警，从而起到预警作用。

2.4自动闪电告警和风险管理工作站

ALARM是一个闪电预警应用软件。它的用户界面如图2所示。

 

                                                   图2 ALARM闪电预警应用软件界面

 

ALARM具有以下功能：

（1）实时闪电和电场活动

Ø包围某个特定区域的云地闪活动轨迹

Ø在三个区域内显示云地闪活动，使用TSS928传感器时，则在不同方向的八分圆扇形区域内显示

Ø使用TSS928传感器时，计算云间的闪电次数

Ø在使用多达7个EFM 550传感器的情况下，测量电场强度

Ø以TSS928所在点为圆心， 56公里范围内数据的显示

Ø支持地图覆盖

 

（2）用户警报设置

Ø为各区域特定闪电活动级别或云间闪级别设置警报

Ø为不安全电场强度级别设置警报

Ø自动声音、能见和e-mail信号警报选择

Ø向任何能够接收 e-mail的手机或呼机发送警报

Ø将云地闪、云间闪和电场强度信息进行逻辑关联以根据各地独特的环境特征进行设置

 

（3）可选择自动继电器

Ø触发警笛或指示灯

Ø发电机

Ø关闭脆弱设备

Ø*多可使用8个继电器

 

（4）工作计算机配置应当不低于：

ØCPU: Pentium-III, >= 500 MHz

ØOS: Windows NT 或 2000

ØRAM: >= 128 Mbytes

Ø硬盘: >= 20 Gbytes

Ø显示分辨率: 1024 x 768,  24 bit color

2.5雷电预警系统技术参数

（1）TSS928雷电传感器：

Ø探测范围：以观测点为圆心，30海里（56千米）范围内

Ø距离分辨率：0-9公里，9－19公里，和19-56公里（用户可以自行设置海里或千米）

Ø轴分辨率：1o递增，0 o -360 o ，以扇区为单位

Ø探测效率：10 公里内100%，三次放电

Ø电源指标：AC交流电：180-240 VAC （可选 90-120VAC ）

Ø功耗：*大100W

 

（2）通信：

Ø金属或光纤联接

Ø串行ASCII格式

ØRS-232和 RS-422串联速率9600bps

Ø自动1分钟雷电信息，同时报告发生事件的数据报告，或按用户要求输出

Ø标准/认可：UL, CSA, CE 和MILSTD45208

 

（3）安装配置

Ø地面：标准支柱

Ø风杆：风杆安装支架，外径3.5英寸

Ø高度：建议*大高度3.0米

 

（4）环境条件

Ø操作/储存温度：-50C至+50C（带加热器）

Ø*大风负荷：0-120海里，222千米/小时

 

（5）EFM550大气电场仪

Ø精度 ：±10％

Ø相应时间：1秒

Ø信号接口：8位二进制数字信号RS－485（兼容RS－422〕全双工

Ø取样：固定2/秒信息率

Ø范围：*大±10kV/m

 

（6）环境条件

Ø工作/储存温度范围：-23 °C 到＋46 °C

Ø湿度：0％到100％

 

（7）机械

Ø电动机：无刷型；平均无故障时间25，000小时以上

Ø电缆：4双铰线，*小24AWG

 

（8）电力

Ø电压：100－240VAC，50－60赫兹；或20－30VDC

Ø电源保护：多级瞬时保护

Ø耗电：2.3瓦

三、系统组成和使用

 

                                                                                                 图3 系统配置图

 

     TSS928单点雷电预警系统所覆盖的区域面积约9000平方公里，大体相当于一个直辖市的行政范围。通常建议安装在受保护区域的中心位置。TSS928探测的中心区（头顶区）是一个半径9公里的圆，是TSS928重点防护的区域，而以外的附近区（半径19公里）和外围区（半径56公里）是中心区的缓冲地带，在这两个地区发生的云地闪都能被TSS928识别、定位（范围和方向）和记录，而云间闪只计数不做方向和距离的判断。假设雷暴由外围区以外生成并向中心区域接近，当它相继经过外围区和附近区时，其距离范围和方向就被TSS928探测到。经过对无数次雷暴的统计分析，雷暴从外围区到达中心区域之前约有10~45分钟的时间，TSS928在这段时间内向用户定义的区域发出告警，告警方式包括发Email、屏幕颜色提醒，通过继电器触发灯光、警笛，也可以关闭（及恢复）脆弱设备的运行。

 

     TSS928支持RS-232-C和RS422串口输出经过计算的闪电信息。当工作站与TSS928的距离不超过15米时可以通过计算机RS-232串口与TSS928相连。如果超过15米不超过1公里，则可以通过RS422方式。而本方案中的TSS928和其中一台EFM550通过增加MODEM实现超过10公里距离内的传输。

 

     EFM550通常作为TSS928的辅助设备安装在中心区以及需要重点保护的地点，实时监测这些区域的大气电场强度并通过RS232（也支持RS422或RS485）串口将数字信号传送到ALARM工作站。头顶雷，作为雷电预警的另一个依据。

ALARM工作站通过串口*多可与一台TSS928和7台EFM550电场仪相连。